(57)【要約】【課題】  より高速に収差を発生させ収差補正にかかる時間を短縮化し、かつ、高精度の収差補正を行う。【解決手段】  収差補正ユニット５は、入射した光束Ｒの偏光方向に応じて決定される収差量を発生させる収差発生素子（第１の収差発生部）４と、収差発生素子４へ入射する光束の偏光方向を切り替える旋光素子１とを備えている。旋光素子１によって、光束の偏光方向が第１の偏光方向（Ｘ方向）と第２の偏光方向（Ｙ方向）とに切り替えられることで、収差発生素子４は異なる収差を発生させて、光学系の光束において生じた収差を補正するものである。なお、収差発生素子４は、第１の位相変化発生素子２と第２の位相変化発生素子３とから構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光束の偏光方向に応じて決定される収差量を発生させる第１の収差発生部と、
上記第１の収差発生部へ入射する光束の偏光方向を切り替える旋光素子とを備え、
上記旋光素子によって光束の偏光方向が切り替えられることで、上記第１の収差発生部は異なる量の収差を発生させて、光学系の光束において生じた収差を補正することを特徴とする収差補正ユニット。
【請求項２】
上記第１の収差発生部は、互いに直交する第１の偏光方向および第２の偏光方向という２つの偏光方向の入射光束に対し、それぞれの偏光方向に対応する第１の位相変化および第２の位相変化を与える位相変化発生素子を含むことによって、入射光束に収差を発生させるものであることを特徴とする請求項１に記載の収差補正ユニット。
【請求項３】
上記第１の位相変化によって得られる位相分布と、上記第２の位相変化によって得られる位相分布とにおいて、両者の位相分布の形状はほぼ等しく、極性は異なることを特徴とする請求項２に記載の収差補正ユニット。
【請求項４】
上記位相変化発生素子は、光束の進む方向に対して垂直な面内に異方性を有する複屈折材料と、等方性材料とが積層されて構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の収差補正ユニット。
【請求項５】
上記位相変化発生素子には、光束の出射する面上に同心円状の段差または傾斜が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の収差補正ユニット。
【請求項６】
上記位相変化発生素子は、偏光ホログラムレンズであることを特徴とする請求項４に記載の収差補正ユニット。
【請求項７】
上記位相変化発生素子は、上記第１の位相変化を発生させる第１の位相変化発生素子と、上記第２の位相変化を発生させる第２の位相変化発生素子とを含むことを特徴とする請求項２ないし６の何れか１項に記載の収差補正ユニット。
【請求項８】
上記複屈折材料における、上記第１の偏光方向の入射光束の屈折率をＮｘａ、上記第２の偏光方向の入射光束の屈折率をＮｙａとし、上記等方性材料の屈折率をＮａとすると、
Ｎｘａ＜Ｎａ＜Ｎｙａであり、かつ、Ｎａ＝（Ｎｘａ＋Ｎｙａ）／２となることを特徴とする請求項４ないし７の何れか１項に記載の収差補正ユニット。
【請求項９】
上記旋光素子は、電圧の印加に応じて入射した光束の偏光方向をそのまま保持した出射光束とするか、直交する偏光方向の出射光束とするかを切り替える液晶素子からなることを特徴とする請求項１ないし８の何れか１項に記載の収差補正ユニット。
【請求項１０】
上記収差補正ユニットは、互いに対向する２つの基板と、上記２つの基板間に設けられ、所定の配向方向を有する液晶層とで構成された液晶素子からなる第２の収差発生部をさらに備え、
上記液晶素子は、上記基板に設けられた電極へ電圧を印加することによって、入射した光束に対して収差を発生させることを特徴とする請求項１ないし９の何れか１項に記載の収差補正ユニット。
【請求項１１】
上記第２の収差発生部は、上記第１の偏光方向あるいは上記第２の偏光方向の入射光束に対して位相差が最大となるような位相分布を発生させることを特徴とする請求項１０に記載の収差補正ユニット。
【請求項１２】
光束を発する光源と、上記光源からの光束を記録媒体に集光する対物レンズと、上記対物レンズを光軸方向および光軸と直交する方向に駆動する対物レンズ駆動機構と、上記記録媒体において反射または透過された光束を受光する受光素子とを備えた光ピックアップ装置であって、
上記光源と上記対物レンズとの間には、記録媒体で集光される光束に発生する収差を補正する、請求項１ないし１１の何れか１項に記載の収差補正ユニットが設けられていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１３】
上記収差補正ユニットと上記対物レンズとの間には、λ／４波長板が配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の光ピックアップ装置を備えた光記録再生装置であって、
上記記録媒体からの読み取り信号に基づいて、上記旋光素子から出射される光束の偏光方向を第１あるいは第２の偏光方向に切り替える偏光制御信号を上記旋光素子へ送信する偏光制御部を備えることを特徴とする光記録再生装置。
【請求項１５】
上記光記録再生装置は、上記偏光制御信号の情報を記憶する偏光制御情報保持部を備えることを特徴とする請求項１４に記載の光記録再生装置。
【請求項１６】
上記光記録再生装置は、記録媒体に対応する上記偏光制御信号の情報を当該記録媒体へ記録することを特徴とする請求項１４または１５に記載の光記録再生装置。
【請求項１７】
請求項１４ないし１６の何れか１項に記載の光記録再生装置であって、
収差補正ユニットに第２の収差発生部が備えられている場合には、
上記光記録再生装置には、上記記録媒体からの読み取り信号に基づいて、上記第２の収差発生部で発生させる収差量を決定する収差制御信号を上記第２の収差発生部へ送信する収差制御部が備えられていることを特徴とする光記録再生装置。
【請求項１８】
上記光記録再生装置は、上記収差制御信号の情報を記憶する収差制御情報保持部を備えることを特徴とする請求項１７に記載の光記録再生装置。
【請求項１９】
上記光記録再生装置は、記録媒体に対応する上記収差制御信号の情報を当該記録媒体へ記録することを特徴とする請求項１７または１８に記載の光記録再生装置。
【請求項２０】
上記記録媒体は、記録媒体ごとに異なるＩＤコードを有しており、
記録媒体のＩＤコードと、当該記録媒体の偏光制御情報あるいは収差制御情報とは、１対１に対応付けられ、上記偏光制御情報保持部あるいは上記収差制御情報保持部に記憶されることを特徴とする請求項１５または１８に記載の光記録再生装置。
【請求項２１】
上記記録再生装置は、記録再生装置ごとに異なるＩＤコードを有しており、
上記記録再生装置は、当該記録再生装置のＩＤコードを記録媒体へ記録することを特徴とする請求項１６、１９、２０の何れか１項に記載の光記録再生装置。
【請求項２２】
上記光記録再生装置において情報の記録および／または再生を行う記録媒体には、複数の記録層を有するものが含まれ、
上記記録層のうち、上記光記録再生装置の対物レンズに最も近い側の記録層を第１層とし、対物レンズから最も遠い側の記録層を第ｎ層（ｎ≧２）とすると、
上記対物レンズは、上記第１層と上記第ｎ層との中間の位置に集光した光の収差が最も小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１４ないし２１の何れか１項に記載の光記録再生装置。
【請求項２３】
上記光記録再生装置において情報の記録および／または再生を行う記録媒体には、複数の記録層を有するものが含まれ、
上記記録層のうち、上記光記録再生装置の対物レンズに最も近い側の記録層を第１層とし、対物レンズから最も遠い側の記録層を第ｎ層（ｎ≧２）とすると、
上記対物レンズは、上記第１層または上記第ｎ層に集光した光の収差が最も小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１４ないし２１の何れか１項に記載の光記録再生装置。
【請求項２４】
上記光記録再生装置において情報の記録および／または再生を行う記録媒体には、１つの記録層のみを有するものが含まれ、
上記１つの記録層のみを有する記録媒体の当該記録層の厚みは、上記複数の記録層を有する記録媒体の上記第１層あるいは上記第ｎ層と光学的に等化な厚みであることを特徴とする請求項２２または２３に記載の光記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束に対して収差を与えることで光束において発生する収差を補正する収差補正ユニット、この収差補正ユニットを備え、記録媒体の記録層に集光される光束において発生する収差を補正する光ピックアップ装置、および、この光ピックアップ装置を備えた光記録再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスクの情報記録容量の高密度化、大容量化が強く望まれている。光ディスクの記録密度を大きくするためには、レーザ光を短波長化することと、対物レンズの開口数ＮＡを大きくすることが必要とされている。
【０００３】
しかし、大容量化が図られた光ディスクでは、対物レンズの開口数ＮＡが大きくなるにしたがって、収差の影響が問題となる。例えば、記録媒体の光透過層の厚さの誤差や、記録媒体の多層化による記録層ごとの光透過層厚みの差によって発生する球面収差は、開口数ＮＡの４乗に比例して増加する。
【０００４】
そこで、対物レンズによって、記録媒体に集光された光束の球面収差を補正する技術が開発されている。その技術の一つとして、液晶素子を用いた収差の補正技術がある。
【０００５】
非特許文献１には、液晶素子を用いて球面収差を補正する技術の一例が開示されている。この非特許文献１に記載の液晶素子は、対向するガラス基板の内面にＩＴＯなどの透明電極が蒸着されており、一方の透明電極上には、同心円状の電極が形成されており、各電極には各々独立に電圧を印加することができる。この液晶素子の電極パターンを図２２に示す。
【０００６】
この透明電極のさらに内面には、配向膜が形成され、ネマティック液晶などの複屈折性を有する液晶分子からなる液晶が封入されている。この液晶素子の透明電極に電圧を印加することにより、液晶分子の向きを基板に水平な方向と垂直な方向とに任意に変化させることができるというものである。また、この液晶素子の配向は、液晶分子の長軸が基板面に水平な水平配向である。
【０００７】
この液晶素子において、各電極に電圧を印加し、液晶分子の長軸方向の直線偏光を入射させることによって、光束に位相変化を発生させることができる。液晶素子によって発生する位相分布の形状を図２３に示す。実際には、電極の数が少ないため、図２３に示すような滑らかな位相分布の形状にはならないが、図２３には理想形として示す。
【０００８】
この位相分布の形状の最大位相差量Ｐmax（図２３参照）は、液晶分子の複屈折量をΔｎ、液晶素子の対向基板間の間隔（セル厚）をｄとすると、Δｎ×ｄとなる。従って、より大きな位相差を発生させるには、Δｎの大きな液晶分子を使用するか、セル厚ｄを大きくするかの何れかが必要になる。一般的な液晶分子の複屈折量Δｎは０．２５以下であり、これを大きくすることは困難であるため、さらに大きな位相差を発生させる補正を行うためには、セル厚ｄを厚くすることになる。
【０００９】
なお、一般的には液晶素子に与える電圧と、発生する位相差との関係が線形となるような電圧の範囲で液晶素子を使用するため、実際に必要となる最大位相差量を得るためには、上記の計算で求められるセル厚ｄよりも厚いセル厚の液晶素子を用いなければならない。例えば、必要となる最大位相差量をもとに上記の計算式から逆算して求められたセル厚ｄの１．５〜３倍程度のセル厚のものが使用されることもある。
【特許文献１】特開２００１−３３９１６３公報（公開日：２００１年１１月３０日）
【非特許文献１】信学技報、TECHNICAL REPORT OF IEICE, CPM2000-91（2000-09）（発行日：２０００年９月１５日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、液晶素子の応答速度Ｔは発生する位相差量の２乗に反比例するため、上述のように液晶素子のセル厚を大きくすることによって、液晶素子の応答速度（応答時間）が遅くなるという問題がある。例えば、１λ程度の位相差を発生させるための応答時間は、約０．１〜０．３秒程度必要になる。
【００１１】
このように、非特許文献１に記載の液晶素子は、位相分布の形状を滑らかな曲線状にすることができるという利点を有しているが、応答速度が遅いという問題点を有している。この他にも、透明電極そのものを同心円状の分割パターンとすることによって、位相差を発生させる方式の液晶素子が提案されているが、応答速度に関しては非特許文献１に記載の液晶素子と同様の問題を有している。
【００１２】
一方、液晶素子の見かけ上の応答速度を向上させる方法として、例えば特許文献１には、液晶素子と旋光素子とを組み合わせた収差補正ユニットが開示されている。
【００１３】
この特許文献１に開示されている収差補正ユニットは、収差発生素子として機能する上述のような液晶素子と、旋光素子として機能するツイストネマティックなどのねじれ配向を有する液晶モードで動作する液晶素子とから構成されている。
【００１４】
また、この収差補正ユニットにおいて、収差発生素子として機能する液晶素子は、配向方向が直交する２つの液晶素子を組み合わせて用いている。収差発生素子を構成する２つの液晶素子は、各々発生する収差量が異なっており、所定の位相差を発生するように最初に電極に電圧が印加される。次に、収差発生素子に入射する光束の偏光方向を旋光素子で切り替えることによって、何れか一方の液晶素子に起因する位相差が発生し、他方の液晶素子は光束の位相に影響しない構成となっている。
【００１５】
特許文献１に記載の収差補正ユニットによれば、旋光素子で偏光方向を切り替えることで、異なる収差量を発生させることが可能になる。旋光素子による偏光方向の切り替えは、数十ｍｓｅｃ程度以下の非常に短時間での動作が可能であることから、異なる収差量の切り替えに要する時間を短縮化することが可能となる。
【００１６】
しかしながら、特許文献１に記載の収差補正ユニットにおいては、収差発生素子を構成する２つの液晶素子自体には、所定の位相差を発生させるための時間を要する。この時間は、例え応答速度の速い共誘電性液晶を用いたとしても、応答速度を遅らせる要因となってしまう。
【００１７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、より高速に収差を発生させることのできる収差補正ユニット、この収差補正ユニットを搭載し、高速に収差を補正する光ピックアップ装置、および、この光ピックアップ装置を搭載した光記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の収差補正ユニットは、上記の課題を解決するために、入射した光束の偏光方向に応じて決定される収差量を発生させる第１の収差発生部と、上記第１の収差発生部へ入射する光束の偏光方向を切り替える旋光素子とを備え、上記旋光素子によって光束の偏光方向が切り替えられることで、上記第１の収差発生部は異なる量の収差を発生させて、光学系の光束において生じた収差を補正することを特徴とするものである。
【００１９】
ここで、「入射した光束の偏光方向に応じて決定される収差量を発生させる第１の収差発生部」とは、入射した光束の偏光方向によって、光束に異なる位相変化が生じ、この異なる位相変化によって発生する収差量が異なるというものである。つまり、第１の収差発生部は、偏光方向に応じて異なる収差量の収差を発生させることができるもののことを意味する。
【００２０】
本発明の収差補正ユニットは、上記の構成に加えて、上記第１の収差発生部は、互いに直交する第１の偏光方向および第２の偏光方向という２つの偏光方向の入射光束に対し、それぞれの偏光方向に対応する第１の位相変化および第２の位相変化を与える位相変化発生素子を含むことによって、入射光束に収差を発生させるものであってもよい。
【００２１】
本発明の収差補正ユニットは、上記の構成に加えて、上記第１の位相変化によって得られる位相分布と、上記第２の位相変化によって得られる位相分布とにおいて、両者の位相分布の形状はほぼ等しく、極性は異なるものであってもよい。
【００２２】
「位相分布の形状がほぼ等しい」とは、その位相分布における最大位相差量が等しく、位相分布の見かけの形状に差がないことを意味する。
【００２３】
本発明の収差補正ユニットは、上記の構成に加えて、上記位相変化発生素子は、光束の進む方向に対して垂直な面内に異方性を有する複屈折材料と、等方性材料とが積層されて構成されているものであってもよい。
【００２４】
本発明の収差補正ユニットは、上記の構成に加えて、上記位相変化発生素子には、光束の出射する面上に同心円状の段差または傾斜が設けられているものであってもよい。
【００２５】
本発明の収差補正ユニットは、上記の構成に加えて、上記位相変化発生素子は、偏光ホログラムレンズであってもよい。
【００２６】
本発明の収差補正ユニットは、上記の構成に加えて、上記位相変化発生素子は、上記第１の位相変化を発生させる第１の位相変化発生素子と、上記第２の位相変化を発生させる第２の位相変化発生素子とを含むものであってもよい。
【００２７】
本発明の収差補正ユニットは、上記の構成に加えて、上記複屈折材料における、上記第１の偏光方向の入射光束の屈折率をＮｘａ、上記第２の偏光方向の入射光束の屈折率をＮｙａとし、上記等方性材料の屈折率をＮａとすると、Ｎｘａ＜Ｎａ＜Ｎｙａであり、かつ、Ｎａ＝（Ｎｘａ＋Ｎｙａ）／２となるものであってもよい。
【００２８】
本発明の収差補正ユニットは、上記の構成に加えて、上記旋光素子は、電圧の印加に応じて入射した光束の偏光方向をそのまま保持した出射光束とするか、直交する偏光方向の出射光束とするかを切り替える液晶素子からなるものであってもよい。
【００２９】
本発明の収差補正ユニットは、上記の構成に加えて、互いに対向する２つの基板と、上記２つの基板間に設けられ、所定の配向方向を有する液晶層とで構成された液晶素子からなる第２の収差発生部をさらに備え、上記液晶素子は、上記基板に設けられた電極へ電圧を印加することによって、入射した光束に対して収差を発生させるものであってもよい。
【００３０】
本発明の収差補正ユニットは、上記の構成に加えて、上記第２の収差発生部は、上記第１の偏光方向あるいは上記第２の偏光方向の入射光束に対して位相差が最大となるような位相分布を発生させるものであってもよい。
【００３１】
また、上記の収差補正ユニットにおいて、上記第２の収差発生部は２つの収差発生素子からなり、当該２つの収差発生素子が光束に対して位相差が最大となるような位相分布を発生させる入射光束の偏光方向は、それぞれ上記第１の偏光方向と上記第２の偏光方向であってもよい。
【００３２】
また、上記の収差補正ユニットにおいては、上記第２の収差発生部が上記第１の偏光方向の入射光束に対して発生させる位相分布と、上記第２の偏光方向の入射光束に対して発生させる位相分布とは、その形状がほぼ等しく、極性も同じであってもよい。また、あるいは、上記それぞれの位相分布は、その形状がほぼ等しく、極性が異なるものであってもよい。
【００３３】
また、本発明の光ピックアップ装置は、上記の課題を解決するために、光束を発する光源と、上記光源からの光束を記録媒体に集光する対物レンズと、上記対物レンズを光軸方向および光軸と直交する方向に駆動する対物レンズ駆動機構と、上記記録媒体において反射または透過された光束を受光する受光素子とを備えた光ピックアップ装置であって、上記光源と上記対物レンズとの間には、記録媒体で集光される光束に発生する収差を補正する、上述の何れかの収差補正ユニットが設けられていることを特徴とするものである。
【００３４】
本発明の光ピックアップ装置は、上記の構成に加えて、上記収差補正ユニットと上記対物レンズとの間には、λ／４波長板が配置されているものであってもよい。
【００３５】
なお、本発明の光ピックアップ装置においては、上記収差補正ユニットで発生する収差によって、上記対物レンズで記録媒体に集光される光束に発生する収差は球面収差であってもよい。
【００３６】
また、本発明の光記録再生装置は、上述の何れかの光ピックアップ装置を備えた光記録再生装置であって、上記記録媒体からの読み取り信号に基づいて、上記旋光素子から出射される光束の偏光方向を第１あるいは第２の偏光方向に切り替える偏光制御信号を上記旋光素子へ送信する偏光制御部を備えることを特徴とするものである。
【００３７】
本発明の光記録再生装置において、上記光記録再生装置は、上記偏光制御信号の情報を記憶する偏光制御情報保持部を備えていてもよい。
【００３８】
本発明の光記録再生装置は、上記の構成に加えて、記録媒体に対応する上記偏光制御信号の情報を当該記録媒体へ記録するものであってもよい。
【００３９】
本発明の光記録再生装置は、上記の構成に加えて、収差補正ユニットに第２の収差発生部が備えられている場合には、当該光記録再生装置には、上記記録媒体からの読み取り信号に基づいて、上記第２の収差発生部で発生させる収差量を決定する収差制御信号を上記第２の収差発生部へ送信する収差制御部が備えられていてもよい。
【００４０】
本発明の光記録再生装置は、上記の構成に加えて、上記収差制御信号の情報を記憶する収差制御情報保持部を備えるていもよい。
【００４１】
本発明の光記録再生装置は、上記の構成に加えて、記録媒体に対応する上記収差制御信号の情報を当該記録媒体へ記録するものであってもよい。
【００４２】
また、上記記録媒体が、記録媒体ごとに異なるＩＤコードを有している場合には、本発明の光記録再生装置は、上記の構成に加えて、記録媒体のＩＤコードと、当該記録媒体の偏光制御情報あるいは収差制御情報とは、１対１に対応付けられ、上記偏光制御情報保持部あるいは上記収差制御情報保持部に記憶されるものであってもよい。
【００４３】
本発明の記録再生装置は、上記の構成に加えて、記録再生装置ごとに異なるＩＤコードを有している場合には、上記記録再生装置は、当該記録再生装置のＩＤコードを記録媒体へ記録するものであってもよい。
【００４４】
また、本発明の光記録再生装置において情報の記録および／または再生を行う記録媒体には、複数の記録層を有するものが含まれ、上記記録層のうち、上記光記録再生装置の対物レンズに最も近い側の記録層を第１層とし、対物レンズから最も遠い側の記録層を第ｎ層（ｎ≧２）とすると、上記対物レンズは、上記第１層と上記第ｎ層のとの中間の位置に集光した光の収差が最も小さくなるように設定されていてもよい。
【００４５】
また、本発明の光記録再生装置において情報の記録および／または再生を行う記録媒体には、複数の記録層を有するものが含まれ、上記記録層のうち、上記光記録再生装置の対物レンズに最も近い側の記録層を第１層とし、対物レンズから最も遠い側の記録層を第ｎ層（ｎ≧２）とすると、上記対物レンズは、上記第１層または上記第ｎ層に集光した光の収差が最も小さくなるように設定されていてもよい。
【００４６】
また、本発明の光記録再生装置において情報の記録および／または再生を行う記録媒体には、１つの記録層のみを有するものが含まれ、上記１つの記録層のみを有する記録媒体の当該記録層の厚みは、上記複数の記録層を有する記録媒体の上記第１層あるいは上記第ｎ層と光学的に等化な厚みであってもよい。
【発明の効果】
【００４７】
以上のように、本発明の収差補正ユニットは、入射した光束の偏光方向に応じて決定される収差量を発生させる第１の収差発生部と、上記第１の収差発生部へ入射する光束の偏光方向を切り替える旋光素子とを備え、上記旋光素子によって光束の偏光方向が切り替えられることで、上記第１の収差発生部は異なる量の収差を発生させて、光学系の光束において生じた収差を補正することを特徴とするものである。
【００４８】
上記の構成によれば、収差を発生させるために要する時間は旋光素子の偏光切り替えにかかる時間のみであり、従来に比べ短時間で収差を発生させることが可能になる。つまり、本発明の収差補正ユニットに備えられた収差発生部は、電圧を印加することなく、位相差を発生させることができるため、応答速度を従来の収差補正ユニットと比べて速くすることができる。
【００４９】
上記第１の収差発生部は、互いに直交する第１の偏光方向および第２の偏光方向という２つの偏光方向の入射光束に対し、それぞれの偏光方向に対応する第１の位相変化および第２の位相変化を与える位相変化発生素子を含むことによって、入射光束に収差を発生させるものであってもよい。
【００５０】
上記の構成によれば、第１の位相変化あるいは第２の位相変化に伴う２つの位相分布の形状を光束に与えることができる。そして、旋光素子によって２つの状態の位相分布を選択的に高速に切り替えることができる。
【００５１】
また、上記の収差補正ユニットにおいて、上記第１の位相変化によって得られる位相分布と、上記第２の位相変化によって得られる位相分布とにおいて、両者の位相分布の形状はほぼ等しく、極性は異なっていてもよい。
【００５２】
上記の構成によれば、光束に与える位相変化の幅（位相差の差）が最も大きくなるため、より広範囲な収差の補正が可能となる。
【００５３】
また、上記の収差補正ユニットにおいて、上記位相変化発生素子は、光束の進む方向に対して垂直な面内に異方性を有する複屈折材料と、等方性材料とが積層されて構成されていてもよい。上記の構成によれば、複屈折材料と等方性材料とを組み合わせて位相変化発生素子を作成することによって、光束に目的とする位相変化を容易に与えることができる。
【００５４】
なお、上記位相変化発生素子には、光束の出射する面上に同心円状の段差または傾斜が設けられていることが好ましい。上記の構成によれば、光束に目的とする位相分布の形状を与えることができ、良好な収差補正を実施することができる。
【００５５】
また、上記位相変化発生素子は、偏光ホログラムレンズであってもよい。上記の構成によれば、光束に目的とする位相分布の形状を与えることができ、良好な収差補正を実施することができる。
【００５６】
また、上記の収差補正ユニットにおいて、上記位相変化発生素子は、上記第１の位相変化を発生させる第１の位相変化発生素子と、上記第２の位相変化を発生させる第２の位相変化発生素子とを含むものであってもよい。
【００５７】
上記の構成によれば、第１の位相変化発生素子と第２の位相変化発生素子とによって、第１の位相変化あるいは第２の位相変化に伴う２つの位相分布の形状を光束に与えることができる。そして、旋光素子によって２つの状態の位相分布を選択的に高速に切り替えることができる。
【００５８】
また、上記の収差補正ユニットは、上記複屈折材料における、上記第１の偏光方向の入射光束の屈折率をＮｘａ、上記第２の偏光方向の入射光束の屈折率をＮｙａとし、上記等方性材料の屈折率をＮａとすると、Ｎｘａ＜Ｎａ＜Ｎｙａであり、かつ、Ｎａ＝（Ｎｘａ＋Ｎｙａ）／２となるように各屈折率が設定されることが好ましい。
【００５９】
上記の構成によれば、一つの位相変化発生素子のみで第１の位相変化および第２の位相変化を発生させることができるとともに、第１の位相変化および第２の位相変化によって発生するそれぞれの位相分布の形状は相似形（位相差の最大値も等しい）であり、極性の異なる位相変化を発生させることができる。
【００６０】
上記の収差補正ユニットにおいて、上記旋光素子は、電圧の印加に応じて入射した光束の偏光方向をそのまま保持した出射光束とするか、直交する偏光方向の出射光束とするかを切り替える液晶素子からなることが好ましい。
【００６１】
上記の構成によれば、高速に偏光方向を切り替えることができるため、結果として、より高速な収差の発生を可能にすることができる。
【００６２】
また、上記収差補正ユニットは、互いに対向する２つの基板と、上記２つの基板間に設けられ、所定の配向方向を有する液晶層とで構成された液晶素子からなる第２の収差発生部をさらに備え、上記液晶素子は、上記基板に設けられた電極へ電圧を印加することによって、入射した光束に対して収差を発生させることが好ましい。
【００６３】
上記の構成によれば、発生する収差量の微調整が可能となるため、高速かつ高精度な収差の補正が可能となる。
【００６４】
上記の収差補正ユニットにおいて、上記第２の収差発生部は、上記第１の偏光方向あるいは上記第２の偏光方向の入射光束に対して位相差が最大となるような位相分布を発生させることが好ましい。
【００６５】
上記の構成によれば、光ピックアップ装置などの光学系において収差の補正を行う場合に、波長板などの部材をさらに設ける必要がなくなり、装置の構成が複雑になることを防止することができる。
【００６６】
また、上記の収差補正ユニットにおいて、上記第２の収差発生部は２つの収差発生素子からなり、当該２つの収差発生素子が光束に対して位相差が最大となるような位相分布を発生させる入射光束の偏光方向は、それぞれ上記第１の偏光方向と上記第２の偏光方向であってもよい。上記の構成によれば、第１の収差発生部による収差に、第２の収差発生部による収差も加わるため、より広範囲な収差を補正することが可能となる。また、波長板などの部材をさらに設ける必要がなくなり、装置の構成が複雑になることを防止することができる。
【００６７】
また、上記の収差補正ユニットにおいて、上記第２の収差発生部が上記第１の偏光方向の入射光束に対して発生させる位相分布と、上記第２の偏光方向の入射光束に対して発生させる位相分布とは、その形状がほぼ等しく、極性も同じであってもよい。
【００６８】
上記の構成によれば、第２の収差発生部によって、２つの偏光によって発生する各収差量を同じにすることができる。その結果、第１の収差発生部において発生する収差に、その収差量と同じ位相差量のオフセットを与えることができる。また、さらに、収差補正ユニットの出射側にλ／４板と反射鏡を設置し、収差補正ユニットの出射光を反射鏡で反射させた場合には、液晶素子で発生させた収差を、他方の液晶素子で補正することも可能となる。
【００６９】
また、上記の収差補正ユニットにおいて、上記第２の収差発生部が上記第１の偏光方向の入射光束に対して発生させる位相分布と、上記第２の偏光方向の入射光束に対して発生させる位相分布とは、その形状がほぼ等しく、極性が異なるものであってもよい。
【００７０】
上記の構成によれば、第１の収差発生部で発生する収差に、第２の収差発生部で発生する収差を加えることができるため、より広範囲の収差を補正することが可能となる。
【００７１】
本発明の光ピックアップ装置は、光束を発する光源と、上記光源からの光束を記録媒体に集光する対物レンズと、上記対物レンズを光軸方向および光軸と直交する方向に駆動する対物レンズ駆動機構と、上記記録媒体において反射または透過された光束を受光する受光素子とを備えた光ピックアップ装置であって、上記光源と上記対物レンズとの間には、記録媒体で集光される光束に発生する収差を補正する上述の何れかの収差補正ユニットが設けられていることを特徴とするものである。
【００７２】
上記の構成によれば、記録媒体の記録層に集光される光束の収差を高速に補正することが可能となる。
【００７３】
上記の光ピックアップ装置において、上記収差補正ユニットと上記対物レンズとの間には、λ／４波長板が配置されていることが好ましい。上記の構成によれば、記録媒体で反射された光束を受光素子に導く際の光結合効率を向上させることができる。
【００７４】
なお、本発明の光ピックアップ装置においては、上記収差補正ユニットで発生する収差によって、上記対物レンズで記録媒体に集光される光束に発生する収差は球面収差であってもよい。上記の構成によれば、広範囲な球面収差の補正を高速に行うことが可能となり、記録媒体の厚み誤差精度を緩和することや、複数の記録層を有する記録媒体の使用することが可能となる。
【００７５】
また、本発明の光記録再生装置は、上述の何れかの光ピックアップ装置を備えた光記録再生装置であって、上記記録媒体からの読み取り信号に基づいて、上記旋光素子から出射される光束の偏光方向を第１あるいは第２の偏光方向に切り替える偏光制御信号を上記旋光素子へ送信する偏光制御部を備えることを特徴とするものである。
【００７６】
上記の構成によれば、収差量が不明な記録媒体において発生する収差量を高速に補正することが可能となる。
【００７７】
上記光記録再生装置は、上記偏光制御信号の情報を記憶する偏光制御情報保持部を備えることが好ましい。上記の構成によれば、異なる記録層に対して記録再生を行う場合、または、フォーカスサーボが外れて再度引き込み動作を行う場合にかかる遅延時間を短縮することができる。
【００７８】
上記光記録再生装置は、記録媒体に対応する上記偏光制御信号の情報を当該記録媒体へ記録することが好ましい。上記の構成によれば、記録媒体ごとに偏光制御信号の情報を管理することができるため、より高精度な収差の補正が可能となる。また、光記録再生装置の保持部に揮発性メモリを用いることが可能となるため、装置の低コスト化を図ることができる。
【００７９】
また、上記の光記録再生装置において、収差補正ユニットに第２の収差発生部が備えられている場合には、上記光記録再生装置には、上記記録媒体からの読み取り信号に基づいて、上記第２の収差発生部で発生させる収差量を決定する収差制御信号を上記第２の収差発生部へ送信する収差制御部が備えられていることが好ましい。
【００８０】
上記の構成によれば、より高速に動作する第１の収差発生部による発生収差量が確定した後に、第２の収差発生部による収差量を決定する。従って、従来は第２の収差発生部のみのよって行われた収差量の決定が、高速な第１の収差発生部と、第２の収差発生部とに分担して行われるため、収差量の決定にかかる全体の時間を短縮することができる。
【００８１】
上記光記録再生装置は、上記収差制御信号の情報を記憶する収差制御情報保持部を備えることが好ましい。上記の構成によれば、異なる記録層に対して記録再生を行う場合、または、フォーカスサーボが外れて再度引き込み動作を行う場合にかかる遅延時間を短縮することができる。
【００８２】
上記光記録再生装置は、記録媒体に対応する上記収差制御信号の情報を当該記録媒体へ記録することが好ましい。上記の構成によれば、記録媒体ごとに偏光制御信号の情報を管理することができるため、より高精度な収差の補正が可能となる。また、光記録再生装置の保持部に揮発性メモリを用いることが可能となるため、装置の低コスト化を図ることができる。
【００８３】
また、上記記録媒体が、記録媒体ごとに異なるＩＤコードを有している場合には、本発明の光記録再生装置は、上記の構成に加えて、記録媒体のＩＤコードと、当該記録媒体の偏光制御情報あるいは収差制御情報とは、１対１に対応付けられ、上記偏光制御情報保持部あるいは上記収差制御情報保持部に記憶されるものであることが好ましい。
【００８４】
上記の構成によれば、記録媒体の交換の際に、光記録再生装置で記録媒体のＩＤコードを読み取ることによって、該当するＩＤコードの記録媒体が有する各制御信号の情報をそれぞれの保持部から読み出すことができる。
【００８５】
本発明の記録再生装置は、上記の構成に加えて、記録再生装置ごとに異なるＩＤコードを有している場合には、上記記録再生装置は、当該記録再生装置のＩＤコードを記録媒体へ記録するものであることが好ましい。
【００８６】
上記の構成によれば、光記録再生装置ごとに記録媒体の各制御信号の情報を管理することができるため、より高精度な収差の補正が可能となる。
【００８７】
また、本発明の光記録再生装置において情報の記録および／または再生を行う記録媒体には、複数の記録層を有するものが含まれ、上記記録層のうち、上記光記録再生装置の対物レンズに最も近い側の記録層を第１層とし、対物レンズから最も遠い側の記録層を第ｎ層（ｎ≧２）とすると、上記対物レンズは、上記第１層と上記第ｎ層のとの中間の位置に集光した光の収差が最も小さくなるように設定されていてもよい。上記の構成によれば、複数の記録層を有する記録媒体の記録層に光束を集光する場合に、残存収差を低減することが可能となる。
【００８８】
また、本発明の光記録再生装置において情報の記録および／または再生を行う記録媒体には、複数の記録層を有するものが含まれ、上記記録層のうち、上記光記録再生装置の対物レンズに最も近い側の記録層を第１層とし、対物レンズから最も遠い側の記録層を第ｎ層（ｎ≧２）とすると、上記対物レンズは、上記第１層または上記第ｎ層に集光した光の収差が最も小さくなるように設定されていてもよい。上記の構成によれば、複数の記録層を有する記録媒体の記録層に光束を集光する場合に、残存収差を低減することが可能となる。
【００８９】
また、本発明の光記録再生装置において情報の記録および／または再生を行う記録媒体には、１つの記録層のみを有するものが含まれ、上記１つの記録層のみを有する記録媒体の当該記録層の厚みは、上記複数の記録層を有する記録媒体の上記第１層あるいは上記第ｎ層と光学的に等化な厚みであってもよい。上記の構成によれば、１つの記録層のみを有する記録媒体に光束を集光する場合に、残存収差を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９０】
本発明の実施形態について図１ないし図２１に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、本発明はこの記載に限定されるものではない。
【００９１】
〔実施の形態１〕
本発明の第１の実施形態について、図１ないし図７に基づいて説明すると以下の通りである。本実施の形態では、光記録再生装置に備えられた光ピックアップ装置内部に設けられ、記録媒体に集光される光束に発生する球面収差を補正するための収差補正ユニットについて説明する。
【００９２】
図１（ａ）、図１（ｂ）には、実施の形態１にかかる収差補正ユニット５の概略構成を示す。収差補正ユニット５は、入射した光束の偏光方向に応じて決まる収差量を発生させる収差発生素子（第１の収差発生部）４と、収差発生素子４へ入射する光束の偏光方向を切り替える旋光素子１から構成されている。なお、図１（ａ）、（ｂ）において、光束はＲとし、収差発生素子から出射する光束の位相分布の形状についてはＰとしている。
【００９３】
旋光素子１は、ツイストネマティックなどのねじれ配向の液晶モードで動作する液晶素子で形成されている。印加する電圧のＯＮ／ＯＦＦによって、出射する光束の偏光方向を切り替えることができる。つまり、上記旋光素子４へ電圧を印加するか否かによって、当該旋光素子１に入射した光束の偏光方向をそのまま保持した出射光束とするか、直交する偏光方向の出射光束とするかを適宜変更することができる。
【００９４】
これによって、旋光素子１に入射する光束Ｒが直線偏光であれば、例えば、旋光素子１に電圧を印加すること（電圧ＯＮ）で、該旋光素子１を出射した光束は、入射した方向の直線偏光（Ｘ方向とする）のまま収差発生素子４へ入射する。一方、旋光素子１に電圧を印加しないこと（電圧ＯＦＦ）で偏光は回転し、該旋光素子１を出射した光束は、入射した方向に直交する直線偏光（Ｙ方向とする）となって、収差発生素子４へ入射する。
【００９５】
収差発生素子４は、第１の位相変化を発生させる第１の位相変化素子２と、上記第１の位相変化とは異なる第２の位相変化を発生させる第２の位相変化素子３という、２つの位相変化素子から構成されている。第１の位相変化素子２は、Ｘ方向（第１の偏光方向）の直線偏光が入射した場合には、入射した光束に第１の位相変化を与えることができるが、Ｙ方向（第２の偏光方向）の直線偏光が入射した場合には、入射した光束に位相変化を与えないようになっている。一方、第２の位相変化素子３は、Ｘ方向（第１の偏光方向）の直線偏光が入射した場合には、入射した光束に第１の位相変化を与えず、Ｙ方向（第２の偏光方向）の直線偏光が入射した場合には、入射した光束に位相変化を与えることができるようになっている。
【００９６】
収差発生素子４は、Ｘ方向の直線偏光が入射した場合には、図１（ａ）に示すように、第１の位相変化発生素子２の作用によって光束に第１の位相変化を与えるが、第２の位相変化発生素子３は位相変化を与えない。一方、Ｙ方向の直線偏光が入射した場合には、図１（ｂ）に示すように、第２の位相変化発生素子３の作用によって光束に第２の位相変化を与えるが、第２の位相変化発生素子２は位相変化を与えない。つまり、２つの位相変化発生素子２・３からなる収差発生素子４は、入射する光束の偏光方向が旋光素子１によって切り替えられることで、出射する光束について図１（ａ）、（ｂ）に示すように異なる位相分布の形状を与えることができる。これによって、収差発生素子４は、異なる量の収差を発生させることができる。
【００９７】
続いて、収差発生素子４の詳細な構成について図２、３を用いて説明する。
【００９８】
図２は、第１の位相変化発生素子２の構成を示す模式図である。第１の位相変化発生素子２は、対向する２つのガラス基板２０ａ・２０ｂと、複屈折性を有する高分子液晶材料（複屈折材料）２１と、等方性材料からなる充填剤（等方性材料）２２とによって構成されている。高分子液晶材料２１と充填剤２２とは、２つのガラス基板２０ａ・２０ｂの間に積層されている。
【００９９】
より具体的には、高分子液晶材料２１は、光束の出射する面（充填剤２２との接触面）上に、同心円状かつ階段状の段差を有している。そして、充填剤２２は、高分子液晶材料２１とガラス基板２２ｂとの隙間を埋めるように充填されている。図２には、この段差が形成された高分子液晶材料２１の断面形状を示している。
【０１００】
高分子液晶材料２１は、Ｘ方向とＹ方向で屈折率が異なり、屈折率はそれぞれ、Ｎｘ１、Ｎｙ１（Ｎｘ１＜Ｎｙ１）である。また、充填剤２２には、屈折率Ｎ１の等方性の材料が充填されている。ここで、充填剤２２の屈折率Ｎ１は、高分子液晶材料２１のＹ方向の屈折率とほぼ等しく、
Ｎ１＝Ｎｙ
となっている。これによって、Ｙ方向の直線偏光が入射した際には、第１の位相変化発生素子２は出射する光束に位相変化を発生させない。一方、Ｘ方向の直線偏光が入射した際には、第１の位相変化を発生させる。
【０１０１】
また、高分子液晶材料２１に設けられた段差は、光軸中心から数えてｎ番目の、位相素子の階段状の段差の厚みをｈｎとした場合、発生させる位相差（位相変化の量）に応じて設定される。光束の波長をλ、発生させる位相差をΔＰｎ、段差の厚みをｈｎとすると
ΔＰｎ＝２π×ｈｎ(Ｎ１−Ｎｘ１)／λ
であることから、
ｈｎ＝（ΔＰｎ×λ）／｛２π×（Ｎ１−Ｎｘ１）｝
となる。
【０１０２】
従って、階段状の段差ならびにピッチ（ピッチとは同心円状の段差間の距離をいう）を適宜設定することにより、所望の位相差を有する位相分布の形状を発生させることができる。本実施の形態の第１の位相変化発生素子２では、図２に示す位相分布の形状Ｐを発生させることができる。この位相分布の形状Ｐは、３次の球面収差を近似した形状となっている。
【０１０３】
図３は、収差発生素子４に設けられたもう一つの第２の位相変化発生素子３の構成を示す模式図である。第２の位相変化発生素子３は、第１の位相変化発生素子２と同様に、対向する２つのガラス基板３０ａ・３０ｂと、複屈折性を有する高分子液晶材料３１と、等方性材料からなる充填剤３２とによって構成されている。
【０１０４】
より具体的には、高分子液晶材料３１は、光束の出射する面（充填剤３２との接触面）上に、同心円状かつ階段状の段差を有している。そして、充填剤３２は、高分子液晶材料３１とガラス基板３２ｂとの隙間を埋めるように充填されている。図３には、この段差が形成された高分子液晶材料３１の断面形状を示している。
【０１０５】
ここで用いる高分子液晶材料３１は、第１の位相変化発生素子２と同じものを使用している。第１の位相変化発生素子２と異なる点は、充填剤３２であり、その屈折率はＮ２である。ここで、屈折率Ｎ２は高分子液晶材料のＸ方向の屈折率とほぼ等しく、
Ｎ２＝Ｎｘ
である。これによって、Ｘ方向の直線偏光が入射した際には、第２の位相変化発生素子３は出射する光束に位相変化を発生させない。一方、Ｙ方向の直線偏光が入射した際には、第２の位相変化を発生させる。
【０１０６】
また、光束に与える第２の位相変化によって得られる位相分布の形状は、図３においてＰで示すように、３次の球面収差を近似した階段状の分布である。この位相分布の形状は、第１の位相変化発生素子２によって発生する第１の位相変化によって得られる位相分布の形状と相似形であり、かつ、位相差の最大量も同じであるが、位相分布の極性が異なっている。すなわち、光束の中心付近に対し、周辺部（入射像高をｒ（光束径で規格化したｒ）とするとｒ＝０．７あたり）の位相が遅れるような位相分布の形状となっている。
【０１０７】
第１の位相変化によって得られる位相分布の形状と、第２の位相変化によって得られる位相分布の形状とが、上記のように設定されることによって、旋光素子１で偏光方向を切り替えることで、発生する位相分布の形状の差を大きくすることができる。
【０１０８】
このように、直交する２つの偏光方向の入射光束に対して異なる位相変化を発生させる収差発生素子４を、旋光素子１に対して光軸方向の後方に配置し、旋光素子１により入射する光束の偏光方向を切り替えることにより、異なる状態の位相差を光束に対して与えることができる。つまり、異なる量の収差を与えることができる。さらに、旋光素子１は通常数十ｍｓｅｃという速い応答速度を有するため、光束に与える収差量の大小に拘わらず、収差の発生量を高速に切り替えることができる。
【０１０９】
本実施の形態においては、光束に与える位相分布の形状は、３次の球面収差を近似した階段状の分布であり、かつ、２つの位相変化発生素子で発生させる位相変化の大きさは等しく、極性の異なるものについて説明した。しかしながら、本発明の収差補正ユニットでは、その他の分布の形状の構成も可能である。
【０１１０】
その一例として、図４（ａ）、（ｂ）には、上記収差補正ユニット５とは位相分布の形状が異なる収差補正ユニット５０１の構成を示す。収差補正ユニット５０１は、入射した光束の偏光方向に応じて決まる収差量を発生させる収差発生素子（第１の収差発生部）４０１と、収差発生素子４０１へ入射する光束の偏光方向を切り替える旋光素子１０１から構成されている。この収差補正ユニット５０１で発生する位相分布は、３次の球面収差を近似した階段状の分布であることは前述の収差補正ユニットと同じであるが、位相変化の量が異なっている。また、さらに高次の球面収差を近似した階段状の分布であってもかまわない。
【０１１１】
また、他の例として、図５（ａ）、（ｂ）には、収差補正ユニット５０１の構成を示す。収差補正ユニット５０２は、入射した光束の偏光方向に応じて決まる収差量を発生させる収差発生素子（第１の収差発生部）４０２と、収差発生素子４０２へ入射する光束の偏光方向を切り替える旋光素子１０２から構成されている。図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、倍率変化の収差（入射像高をｒ（光束径で規格化したｒ）とするとｒ＾２に比例するような収差）を近似した階段状の分布のものであっても構わない。
【０１１２】
また、本発明にかかる収差補正ユニットは、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、位相変化発生素子がひとつだけ備えられた第１収差発生部２０３であってもよい。この場合、例えば、Ｘ方向の直線偏光の光束が入射した場合には球面収差が発生し（図６（ａ）参照）、Ｙ方向の直線偏光が入射した場合には収差が発生しない（図６（ｂ）参照）ようにすることができる。
【０１１３】
また、図７には、収差補正ユニット５の光束の出射側に、集光レンズ６を配置した構成を示す。このような構成によれば、旋光素子１で偏光方向を切り替え、集光レンズ６に対し球面収差、あるいは、倍率変化の収差をもった光束を入射させることにより、集光レンズ６の像点では球面収差あるいは像点位置ずれの収差が変化することになる。この作用を利用すれば、像点における球面収差、デフォーカス収差、色収差の発生、あるいは、補正が可能となる。
【０１１４】
以上で説明した各位相変化発生素子は、光束の進む方向に対し垂直な面内に異方性を有する複屈折材料としての高分子液晶材料と、等方性の充填剤と、２つのガラス基板から構成されている。ここで、上記複屈折材料としては、液晶の他に水晶などの結晶性材料やポリカーボネートなどの高分子材料を一方向に延伸させて複屈折性をもたせたものも利用可能であり、この場合、ガラス基板をなくすことができる。また、高分子液晶材料は、ガラス基板の内側に施された配向膜の作用により一方向に液晶分子の方向が揃えられている。
【０１１５】
上記位相変化発生素子を作製する際には、ガラス基板の上に、上記の複屈折材料を所定の階段状に形成すればよい。この形成方法については、材料そのものを切削、あるいは、フォトリソグライフィやエッチング、あるいは、成型などを利用することで実施できる。続いて、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂、あるいは、熱可塑性樹脂などを充填剤として充填するか、階段状に形成された複屈折材料と相似形に加工した階段状の樹脂等を貼り合わせることによって等方性材料の層を形成すればよい。
【０１１６】
本実施の形態では、収差発生素子４を２つの位相変化発生素子２・３で構成した場合、当該２つの位相変化発生素子２・３においては、高分子液晶材料２１・３１は同じものを使用し、充填剤２２・３２の屈折率が異なるものを使用した。しかし、本発明はこれに限定されることなく、充填剤２２・３２は屈折率の同じものを使用し、高分子液晶材料２１・３１は屈折率の異なるものを使用してもよい。
【０１１７】
また、本実施の形態では、光束の入射側が高分子液晶材料２１・３１である位相変化発生素子２・３について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、充填剤２２・３２が入射側に配置されていてもよい。また、２つの位相変化発生素子２・３において、入射側の材料にそれぞれ異なるものを用いてもよい。
【０１１８】
また、階段状の段差のピッチを細かくすることで、所望の位相分布の形状により近いものが得られる。
【０１１９】
また、旋光素子１としては上述のもの以外に、強誘電液晶からなる旋光素子を用いてもよい。その場合、異なる位相差の発生の切り替えに要する時間をさらに短縮することができる。
【０１２０】
以上のように本実施の形態の収差補正ユニットは、２つの位相変化発生素子（図６に示すような１つの位相変化発生素子であってもよい）を有する収差発生素子と、旋光素子とからなる収差補正ユニットである。この収差補正ユニットにおいて、旋光素子は入射する光束の偏光方向を切り替え、それぞれ直交する２つの方向の直線偏光を収差発生素子に入射させることができる。収差発生素子は、各偏光方向の光束が入射した場合に、時間的に変化をしない、あらかじめ設定された相異なる２つの位相分布の形状を光束に与えることにより、光束に異なる収差を与えるものである。
【０１２１】
従来の収差補正ユニットは、収差発生素子である液晶素子に電圧を印加することによって位相分布の形状を発生させている。そのため、光束に対して与える位相変化量が大きい場合には、所望の位相分布の光束をえるためには、電圧を印加してから液晶素子が所望の配向状態となるまでにある程度の時間を要してしまい、応答速度が低下してしまう。一方、本発明の収差補正ユニットは、時間的に変化をしない、あらかじめ設定された収差量を発生させるものであるため、所望とする収差量の位相分布を形成するために要する時間を必要としない。また、その収差量は収差発生素子の作成の際に、収差補正ユニットを使用する目的に応じて設定されたものであるため、収差発生素子に入射した光束の偏光方向によって決まる収差量の収差を発生させることができる。それゆえ、所望とする収差量の補正を行うことができる。
【０１２２】
〔実施の形態２〕
本発明の実施の形態２について図８に基づいて以下に説明する。
【０１２３】
図８には、実施の形態２にかかる収差補正ユニット５０４の構成を示す。収差補正ユニット５０４は、入射した光束の偏光方向に応じて決まる収差量を発生させる収差発生素子（第１の収差発生部）２０４と、収差発生素子２０４へ入射する光束の偏光方向を切り替える旋光素子１０４から構成されている。なお、図８（ａ）、（ｂ）において、光束はＲとし、収差発生素子から出射する光束の位相分布の形状についてはＰとしている。
【０１２４】
本実施の形態にかかる収差補正ユニット５０４は、収差発生素子２０４が一つの位相変化発生素子２０４から構成されている点、および、複屈折材料と充填剤の屈折率の関係が実施の形態１において説明した収差補正ユニットとは異なる。なお、位相変化発生素子２０４は、実施の形態１にかかる収差補正ユニットと同様に、対向する２つのガラス基板と、複屈折性を有する高分子液晶材料（複屈折材料）と、等方性材料からなる充填剤（等方性材料）とによって構成されている。
【０１２５】
図８（ａ）、あるいは、図８（ｂ）では、入射したＸ方向の偏光方向をもつ光束は旋光素子１０４で偏光方向を切り替えられ、それぞれの偏光方向に対応した位相分布の形状が収差発生素子２０４によって光束に与えられる。
【０１２６】
収差発生素子２０４に用いる複屈折材料としては、実施の形態１において説明したものが使用可能であり、その屈折率をＸ方向、Ｙ方向それぞれＮｘ３（Ｎｘａ）、Ｎｙ３（Ｎｙａ）とする。また、充填剤の屈折率をＮ３（Ｎａ）とする。ここで、屈折率Ｎ３は実施の形態１の場合とは異なり、いずれの屈折率Ｎｘ３、Ｎｙ３とも異なるものを用いる。例えば、
Ｎｘ３＜Ｎｙ３
とすると、
Ｎ３＜Ｎｘ３＜Ｎｙ３
Ｎｘ３＜Ｎ３＜Ｎｙ３
Ｎｘ３＜Ｎｙ３＜Ｎ３
のいずれかのものが考えられる。
【０１２７】
このような屈折率の関係の材料のものを用いた場合、１つの収差発生素子２０４のみで、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれの偏光方向の入射光束に対し、異なる位相分布の形状を発生させることが可能となる。
【０１２８】
上記において、例えば、Ｎｘ３＜Ｎ３＜Ｎｙ３であり、
Ｎ３=(Ｎｘ３＋Ｎｙ３)／２
のような屈折率を有する材料をそれぞれ使用した場合、収差発生素子２０４への入射偏光方向の切り替えによって発生する位相分布の形状は、相似形であり、かつ、位相変化の最大値も等しいが、極性は異なる位相差の分布を発生させることが可能となる。
【０１２９】
図８はこのような屈折率の関係の材料を使用した場合の一例である。図８（ａ）は、旋光素子１０４の作用によって、Ｘ方向の直線偏光が収差発生素子１０４へ入射した場合であり、図８（ｂ）は、旋光素子１０４の作用によって、Ｙ方向の直線偏光が収差発生素子１０４へ入射した場合を示す。
【０１３０】
なお、実施の形態１、実施の形態２では、同心円状の階段状の段差が形成された複屈折材料を有する位相変化発生素子からなる収差補正ユニットについて説明したが、本発明はこれに限定されることなく、滑らかな曲面をもつ位相変化発生素子からなる収差発生素子であってもよい。図９には、３次の球面収差の位相差の分布の形状を発生させる収差発生素子２０５（第１の収差発生部）の構成を示す。
【０１３１】
収差発生素子２０５も収差発生素子２０４と同様に、対向する２つのガラス基板２０５０ａ・２０５０ｂと、複屈折性を有する高分子液晶材料（複屈折材料）２０５１と、等方性材料からなる充填剤（等方性材料）２０５２とによって構成されている。このような収差発生素子は、上述のような複屈折材料を滑らかな曲面の有するように加工する点以外は、上述の加工方法によって作製することができる。
【０１３２】
〔実施の形態３〕
本発明の実施の形態３について、図１０ないし図１２に基づいて以下に説明する。
【０１３３】
図１０（ａ）、（ｂ）には、実施の形態３にかかる収差補正ユニット５０６の概略構成を示す。収差補正ユニット５０６は、入射した光束の偏光方向に応じて決まる収差量を発生させる収差発生素子（第１の収差発生部）４０６と、収差発生素子４０６へ入射する光束の偏光方向を切り替える旋光素子１０６から構成されている。なお、図１０（ａ）、（ｂ）において、光束はＲとし、収差発生素子から出射する光束の位相分布の形状についてはＰとしている。
【０１３４】
本実施の形態にかかる収差補正ユニット５０６において、収差発生素子４０６は、実施の形態１にかかる収差補正ユニット５と同様に、第１の位相変化を発生させる第１の位相変化素子２０６と、上記第１の位相変化とは異なる第２の位相変化を発生させる第２の位相変化素子３０６という、２つの位相変化素子から構成されている。しかしながら、各位相変化発生素子２０６・３０６を構成する複屈折材料（実施の形態１では高分子液晶材料２１・３１に相当するもの）が、偏光ホログラムレンズであるという点が、実施の形態１とは異なっている。
【０１３５】
旋光素子１０６については、実施の形態１と同様に液晶素子を用いている。旋光素子１０６に入射する光束は直線偏光であり、該旋光素子１０６を出射した光束は入射した方向の直線偏光（Ｘ方向とする）か、あるいは、直交する直線偏光（Ｙ方向とする）となって、収差発生素子４０６に入射する。図１０（ａ）は、旋光素子１０６を出射した光束がＸ方向の直線偏光の場合を示し、図１０（ｂ）は、旋光素子１０６を出射した光束がＹ方向の直線偏光の場合を示している。
【０１３６】
収差発生素子４０６は２つの位相変化発生素子（第１の位相変化発生素子２０６、第２の位相変化発生素子３０６）構成されており、Ｘ方向の直線偏光が入射した場合には第１の位相変化発生素子２０６の作用により光束に位相変化が発生し、第２の位相変化発生素子３０６は位相変化を与えない（図１０（ａ）参照）。一方、Ｙ方向の直線偏光が入射した場合は第２の位相変化発生素子３０６の作用により光束に位相変化が発生し、位相変化発生素子２０６は位相変化を与えない（図１０（ｂ）参照）。
【０１３７】
続いて、収差発生素子４０６の詳細な構成について図１１（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
【０１３８】
図１１（ａ）は、第１の位相変化発生素子２０６の断面の構成を示す模式図である。第１の位相変化発生素子２０６は、対向する２つのガラス基板２０６０ａ・２０６０ｂと、複屈折性を有する高分子液晶材料からなる偏光ホログラムレンズ（複屈折材料）２０６１と、等方性材料からなる充填剤（等方性材料）２０６２とによって構成されている。偏光ホログラムレンズ２０６１と充填剤２０６２とは、２つのガラス基板２０６０ａ・２０６０ｂの間に積層されている。そして、偏光ホログラムレンズ２０６１は、光束の出射面上に同心円状の鋸歯状の段差を有する、いわゆるブレーズホログラムと呼ばれるものである。
【０１３９】
第１の位相差発生素子２０６は、Ｘ方向とＹ方向で屈折率が各々異なり、それぞれ、Ｎｘ４、Ｎｙ４（Ｎｘ４＜Ｎｙ４）である。また、偏光ホログラムレンズ２０６１の段差の部分に充填されている充填剤２０６２は、屈折率Ｎ４の等方性の材料が用いられている。ここで、充填剤２０６２の屈折率は高分子液晶材料のＹ方向の屈折率とほぼ等しく
Ｎ４＝Ｎｙ４
となっている。
【０１４０】
このように屈折率をほぼ等しくすることにより、Ｙ方向の直線偏光が入射した際には、第１の位相変化発生素子２０６は出射する光束に位相変化を発生させず、Ｘ方向の直線偏光が入射した際には、所望とする位相変化（第１の位相変化）を発生させる。
【０１４１】
第１の位相変化発生素子２０６の鋸歯状の段差の高さとピッチは、以下のようにして決定される。
【０１４２】
第１の位相変化発生素子２０６によって発生される位相分布は、図１０（ａ）の収差補正ユニット５０６から出射されるような３次の球面収差の位相分布の形状Ｐであるとする。この位相分布を波長λの高さごとに輪切りにし、光軸中心に対し同心円状の複数の輪帯とする。複数の輪帯のピッチは以上のように、位相分布を波長λの高さごとに輪切りにすることによって、おのずと決定される。さらに、この輪帯の断面形状は鋸歯状となっている。光軸の中心から数えてｎ番目の輪帯の高さをｈ４ｎとすると、この高さｈ４ｎの材料中を透過したＸ方向の直線偏光を有する光束の位相差ΔＰ４ｎは、２πとなればよい。すなわち、
ΔＰ４ｎ＝２π×（Ｎ４−Ｎｘ４）×ｈ４ｎ／λ
より、輪帯の高さｈ４ｎは
ｈ４ｎ＝（ΔＰ４ｎ×λ）／（２π×（Ｎ４−Ｎｘ４））
となる。
【０１４３】
また、各輪帯のピッチは先の位相分布を輪切りにしたものに対応する輪帯のピッチと同じピッチである。
【０１４４】
図１１（ｂ）は、収差発生素子４０６を構成するもう一つの収差発生素子３０６の構成を示す模式図である。第２の位相変化発生素子３０６は、対向する２つのガラス基板３０６０ａ・３０６０ｂと、複屈折性を有する高分子液晶材料からなる偏光ホログラムレンズ（複屈折材料）３０６１と、等方性材料からなる充填剤（等方性材料）３０６２とによって構成されている。偏光ホログラムレンズ３０６１と充填剤３０６２とは、２つのガラス基板３０６０ａ・３０６０ｂの間に積層されている。そして、偏光ホログラムレンズ３０６１は、光束の出射面上に同心円状の鋸歯状の段差を有する、いわゆるブレーズホログラムと呼ばれるものである。
【０１４５】
偏光ホログラムレンズ３０６１は、図１１（ａ）に示す第１の位相変化発生素子２０６と同じものを使用している。一方、充填剤３０６２は、第１の位相変化発生素子２０６とは異なるものを使用しており、その屈折率はＮ５である。ここで、屈折率Ｎ６は偏光ホログラムレンズ３０６１に用いられている高分子液晶材料のＸ方向の屈折率とほぼ等しく、
Ｎ５＝Ｎｘ４
である。
【０１４６】
このように屈折率をほぼ等しくすることにより、Ｘ方向の直線偏光が入射した際には、第２の位相変化発生素子３０６は出射する光束に位相変化を発生させず、Ｙ方向の直線偏光が入射した際には、所望とする位相変化（第２の位相変化）を発生させる。
【０１４７】
また、光束に与える位相分布の形状として、３次の球面収差の分布である。この位相分布は、第１の位相変化発生素子２０６で発生させる位相分布の形状と相似形であり、かつ、位相差の最大量も同じであるが、位相分布の極性が異なっている。すなわち、光束の中心付近に対し、周辺部（入射像高をｒ（光束径で規格化したｒ）とするとｒ＝０．７あたり）の位相が遅れるような位相差の分布としている。
【０１４８】
第１の位相変化によって得られる位相分布の形状と、第２の位相変化によって得られる位相分布の形状とが、上記のように設定されることによって、旋光素子１で偏光方向を切り替えることで、発生する位相分布の形状の差を大きくすることができる。
【０１４９】
ここで、偏光ホログラムレンズ２０６１・３０６１の断面の形状は鋸歯状であるとしたが、作製プロセスの簡略化のため、図１２に示すような階段状のものであってもよい。
【０１５０】
図１２において、上部の実線は収差発生素子５０６で発生させたい位相分布の形状Ｐであり、下部の一点鎖線は鋸歯状の理想的な偏光ホログラムレンズの形状である。この理想的な偏光ホログラムレンズの形状を段差で近似した階段状の形状を実線Ａで示している。ここで、一般的には１つの段差ごとの高さの差を同じものとして近似すればよい。また、階段状の段差の数が多いほど回折効率は向上する。
【０１５１】
以上のような偏光ホログラムレンズは実施の形態１あるいは２で示した収差発生素子と同様に、研削加工、フォトリソグラフィとエッチング加工、あるいは、成型加工等により加工可能である。
【０１５２】
本実施の形態における収差発生素子４０６で発生させる位相分布の形状は、実施の形態の１で示したように、３次の球面収差の位相分布の形状、あるいは、倍率変化の位相分布の形状であってもよい。また、高次の球面収差の位相分布の形状であってもよい。また、収差発生素子４０６が２つの位相変化発生素子２０６・３０６で構成されている場合、それぞれで発生させる位相分布の形状の関係も、上述のように様々な形態の構成がありうる。
【０１５３】
また、本実施の形態にかかる収差補正ユニットにおいては、収差発生素子を１つの収差発生素子で構成することも可能である。例えば、偏光ホログラムレンズの材料である複屈折材料の屈折率をＮｘ６（Ｎｘａ）、Ｎｙ６（Ｎｙａ）とし、充填剤の屈折率をＮ６（Ｎａ）とし、
Ｎｘ６＜Ｎｙ６
である場合、
Ｎ６＜Ｎｘ６＜Ｎｙ６
Ｎｘ６＜Ｎ６＜Ｎｙ６
Ｎｘ６＜Ｎｙ６＜Ｎ６
のいずれかのような屈折率の充填剤を選択することにより、１つの位相変化発生素子で収差発生素子を構成することも可能である。
【０１５４】
また、上記において、例えば、Ｎｘ６＜Ｎ６＜Ｎｙ６であり、
Ｎ６=(Ｎｘ６＋Ｎｙ６)／２
のような屈折率を有する材料をそれぞれ使用した場合、収差発生素子４０６への入射偏光方向の切り替えによって発生する位相分布の形状は、相似形であり、かつ、位相変化の最大値も等しいが、極性は異なる位相差の分布を発生させることが可能となる。
【０１５５】
〔実施の形態４〕
本発明の実施の形態４について、図１３ないし図１５に基づいて以下に説明する。
【０１５６】
図１３には、実施の形態４にかかる収差補正ユニット５０７の構成を示す。本実施の形態にかかる収差補正ユニット５０７には、上述の各実施の形態で説明した各構成部材に加えて、第２の収差発生素子（第２の収差発生部）９０７が設けられている。
【０１５７】
図１３に示すように、収差補正ユニット５０７は、旋光素子１０７、第１の収差発生素子４０７、第２の収差発生素子９０７からなる。ここで、旋光素子１０７は実施の形態１の旋光素子１と同様のものであり、第１の収差発生素子４０７は実施の形態１の収差発生素子４０６と同様のものである。そして、本実施の形態４にかかる収差補正ユニット５０７には、第２の収差発生素子９０７がさらに設けられている。
【０１５８】
旋光素子１０７および第１の収差発生素子４０７については、上述の実施の形態において説明したものを同様に用いることが可能であるので、その説明を省略する。以下には、第２の収差発生素子９０７について説明する。
【０１５９】
図１３に示すように、第２の収差発生素子９０７は１つの液晶素子７１７からなる。液晶素子７１７において、液晶層７０７が対向する２つのガラス基板７０７０・７０７０（基板）の間に封入されている。２つのガラス基板７０７０・７０７０には、その内面（液晶層７０７が設けられている側の面）にそれぞれ透明電極（図示せず）が蒸着されている。さらに、一方のガラス基板の透明電極上には同心円状の電極パターン７０７１が形成されており、この電極パターン他方の透明電極とには各々独立に電圧を印加することができる。ガラス基板７０７０に設けられた透明電極７０７０上の電極パターン７０７１の一例を図１４に示す。この電極パターンは、例えば、非特許文献１に記載されているような従来公知の電極パターンを用いればよい。
【０１６０】
この透明電極のさらに内面（液晶層７０７が設けられている側の面）には、配向膜が形成され、ネマティック液晶などの複屈折性を有する液晶分子からなる液晶層７０７が封入されている。
【０１６１】
上記の構成を有する第２の収差発生素子９０７は、透明電極に電圧を印加することにより、液晶層７０７における液晶分子の向きを基板に水平な方向と垂直な方向に任意に変化することができるというものである。なお、この液晶層７０７は、液晶分子の長軸が基板面に平行は水平配向である。各電極（透明電極・電極パターン）に対し、電圧が印加されていない状態で、液晶分子の配向方向と同じ方向の偏光が入射した場合、液晶分子の屈折率異方性により、液晶素子７１７を透過した光束には位相変化が生ずる。液晶素子７１７において発生する位相分布の形状Ｐを図１５に示す。実際には電極の数が少ないことにより図１５のように滑らかな位相分布の形状にはならないが、ここでは理想形として示す。
【０１６２】
この位相分布の形状の最大位相差量（図１５のＰmaxで示す）は、液晶素子７１７の液晶層７０７に含まれる液晶分子の複屈折量をΔｎとし、液晶層７０７を挟み込んでいるガラス基板７０７０・７０７０の間の間隔（セル厚）をｄとすると、Δｎ×ｄとなる。あるいは、液晶素子７１７に与える電圧と発生する位相変化との関係が線形となる電圧の範囲のみを使用するとした場合には、上記セル厚ｄよりも厚いセル厚ｄ’とすることで、所望の最大位相差量を得ることができる。
【０１６３】
本実施の形態４では、同心円状の電極パターンを用いることによって位相分布の形状がなめらかな曲線状の分布としているが、その他にも、透明電極そのものを同心円状の分割パターンとすることによって、位相変化を発生させてもよい。
【０１６４】
第２の収差発生素子９０７に電圧を印加して、液晶素子７１７内の液晶分子が傾く方向（液晶分子の配向方向）をＸ方向とする。ここで、Ｘ方向の直線偏光が入射した場合には位相変化が発生するが、Ｙ方向の直線偏光が入射した場合には位変化は発生しない。
【０１６５】
また、印加する電圧の大きさを変化させることにより、位相分布の形状は相似形のままで、位相差量（位相変化の大きさ）を変化させるることが可能である。すなわち、前述した最大位相差量の範囲内で任意の位相差量を発生させることが可能である。また、２つのガラス基板に設けられた透明電極と、電極パターンに印加する電圧の大小関係を変えることにより、発生する位相分布の極性を変えることも可能である。
【０１６６】
以上では１つの液晶素子７１７からなる第２の収差発生素子９０７を用いた構成について説明したが、本発明の収差補正ユニットは、２つの液晶素子を用いた構成であってもよい。この場合、液晶分子の配向方向が直交する２つの液晶素子を用いてもよいし、液晶分子の配向方向が同じ方向の２つの液晶素子を用いてもよい。
【０１６７】
また、第１の収差発生素子で発生させる位相分布の形状と、第２の収差発生素子で発生させる位相分布の形状とは、同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。例えば、第１の収差発生素子で発生させる位相分布の形状は、倍率変化の位相分布の形状で、第２の収差発生素子で発生させる位相分布の形状は、３次の球面収差の位相分布の形状であってもよい。また、位相分布の形状の極性は同じであってもよいし、異なる極性であってもよい。
【０１６８】
例えば、上記の２つの液晶素子において、発生させる位相分布の形状をほぼ等しいものとし、かつ、極性が異なる位相分布の形状を発生させた場合、旋光素子で第２の収差発生素子に入射する光束の偏光方向を切り替えることにより、発生する収差量の差を大きくすることができる。なお、同じ極性の位相分布の形状であっても、発生する収差量の差を大きくすることができるが、液晶素子で発生させる位相差の量を大きくする必要があり、液晶素子において所望とする収差量の位相分布の形状となるまでの応答時間が長くなる。
【０１６９】
また、例えば、２つの液晶素子を有する第２の収差発生素子において、当該２つの液晶素子で発生させる位相分布の形状をほぼ等しいものとし、かつ、極性も同じものを使用した場合、それぞれ直交する偏光方向の光束により第１の収差発生素子によって発生する収差において同じ位相差量のオフセットを与えることができる。また、さらに、収差補正ユニットの出射側にλ／４波長板と反射鏡を設置し、収差補正ユニットの出射光を反射鏡で反射させた場合、液晶素子で発生させた収差を、他方の液晶素子で補正することが可能となる。
【０１７０】
このようにあらかじめ設定された最大位相差量の範囲内において、任意の位相差量の位相差を発生させることができる液晶素子を有する第２の収差発生素子と、実施の形態１ないし３で説明した、入射した光束の偏光方向によって決まった量の収差を発生させる第１の収差発生素子とを組み合わせることにより、次のような効果がある。
【０１７１】
先ず一つ目の効果は、より大きな位相差量の発生を第１の収差発生素子で行い、相対的に少ない位相差量の発生を第２の収差発生素子で発生させることにより、収差の発生に要する時間を短縮することができるというものである。この点について、以下により詳しく説明する。
【０１７２】
例えば、全体として最大位相差量が±１０λの位相差量を発生させるとした場合に、従来のように、液晶素子（本発明では、第２の収差発生素子に相当するもの）のみで±１０λの位相差量を発生させると、＋１０λと−１０λの位相差の切り替え時間は、旋光素子を駆動するのに必要な時間だけであり、数十ｍｓｅｃと短いものの、位相差を発生させるまでに１０秒以上の時間を要してしまう。
【０１７３】
一方、本実施の形態の収差補正ユニットでは、例えば、第１の収差発生素子により±５λ、第２の収差発生素子により±５λの位相差を発生させるように配分することにより、切り替えにかかる時間は同じままで、位相差を発生させるのに要する時間を約１／４に短縮することが可能となる。
【０１７４】
これは、収差発生素子の応答時間は発生させる位相差量の比の２乗に反比例することによるものである。つまり、本願発明では第２の収差発生素子により、発生させる位相差量は５λであるため、位相差量を１０λとする従来技術の場合に対し、応答時間は、（５λ／１０λ）＾２＝１／４となる。さらに、本実施の形態によれば、上記のような応答時間の短縮に加えて、第１の収差発生素子と第２の収差発生素子で発生させる最大位相差量を同じものとしたので、０〜±１０λの位相差の発生も可能である。
【０１７５】
ここで、第１の収差発生素子と第２の収差発生素子において発生させる位相差量の配分比率には特に制限はない。例えば、第１の収差発生素子で±９λ、第２の収差発生素子で±１λとしてもよい。この場合、第２の収差発生素子で１λの位相差を発生させるのに要する時間は、従来のように１０λの位相差を発生させる場合と比較すると約１／１００となる。その上、第２の収差発生素子を駆動することにより、±１λの範囲で位相差量を変化させることも可能である。
【０１７６】
また、本実施の形態においては第１の収差発生素子で位相変化が発生する直線偏光の方向をＸ方向、あるいはＹ方向とし、第２の収差発生素子で位相変化が発生する方向も、少なくともいずれか一方の方向と平行とした。第１の収差発生素子と第２の収差発生素子との間に波長板などを用いることで、第１の収差発生素子と第２の収差発生素子とにおいて、位相変化が発生する偏光の方向をずれた方向とすることも可能である。
【０１７７】
〔実施の形態５〕
本発明の実施の形態５について、図１６、図１７に基づいて以下に説明する。
【０１７８】
本実施の形態では、本発明の光ピックアップ装置の一例について説明する。本実施の形態にかかる光ピックアップ装置は、第１の実施の形態から第３の実施の形態で説明した収差補正ユニットのうちの何れか（第２の収差発生素子を有していないもの）を備えた光ピックアップ装置である。図１６には、その一例として、収差補正ユニット５を備えた光ピックアップ装置の構成を図１６に示す。
【０１７９】
本実施の形態にかかる光ピックアップ装置において、半導体レーザである光源５１から出射された光はコリメートレンズ５２により平行光とされる。ここで、光源５１から出射される偏光はＸ方向の直線偏光である。コリメートレンズ５２を出射した光は１／２波長板５３に入射し、その偏光方向をわずかに回転され、偏光ビームスプリッタ５４に入射する。偏光ビームスプリッタ５４でＹ方向の直線偏光（Ｓ偏光）の成分は反射され、集光レンズ５５を通じて、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）用のモニタＰＤ５６へ入射する。このモニタＰＤ５６は光源５１の制御のために使用する。
【０１８０】
偏光ビームスプリッタ５４を出射したＸ方向の直線偏光は、収差補正ユニット５に入射する。ここで、収差補正ユニット５は、実施の形態１で説明したように、旋光素子１、２つの位相変化発生素子２・３からなる収差発生素子４から構成されている。旋光素子１に入射した光束は、旋光素子１に電圧が印加されている場合（ＯＮ状態）、偏光方向はそのままでありＸ方向の直線偏光が出射され、旋光素子１に電圧が印加されていない場合（ＯＦＦ状態）、偏光方向は直交方向に回転され、Ｙ方向の直線偏光が旋光素子１から出射される。
【０１８１】
旋光素子１がＯＮ状態の場合、Ｘ方向の直線偏光が旋光素子１から出射され、収差発生素子４に入射する。ここで、第１の位相変化発生素子２はＸ方向の偏光方向の光束に対して位相変化を発生するように設定されており、一方、第２の位相変化発生素子３はＹ方向の偏光方向の光束に対して位相変化を発生するように設定されている。また、２つの位相変化発生素子２・３はともに３次の球面収差を近似した位相変化を光束に与えるが、２つの収差発生素子は、その位相変化の大きさ（位相差）は同じで極性が異なる位相分布の形状を発生するように設定されている。よって、第１の位相変化発生素子２によって３次の球面収差を近似するような位相変化が与えられ、第１の位相変化発生素子２を透過した光束はλ／４波長板５７により円偏光となって、対物レンズ５９に入射する。
【０１８２】
対物レンズ５９は、対物レンズホルダー５８に保持されている。対物レンズ５９は、対物レンズ駆動機構（図示せず）によって駆動され、記録媒体へのフォーカス調整、および、ラジアル方向への移動が行われる。
【０１８３】
対物レンズ５９に入射した光束は、対物レンズ５９によって記録媒体１００の記録層に集光される。ここで、記録媒体１００は、光軸方向にｎ層の記録層が積層された多層記録媒体（複数の記録層を有する記録媒体）である。本実施の形態ではｎ＝２の２層記録媒体について説明する。この記録媒体１００は、対物レンズ側から順に、光透過層１００ａ、第１の記録層１００ｂ（第１層）、光透過層１００ｃ、第２の記録層１００ｄ（第ｎ層に相当）、基板１００ｅの順に配列されている。また、対物レンズ５９は、２つの記録層１００ｂ・１００ｄの中間において球面収差が最小となるように設定された対物レンズである。ここで、中間とは第１の記録層１００ｂと第２の記録層１００ｄの間の光透過層１００ｃの厚みの中間位置であるとする。
【０１８４】
上記のような対物レンズ５９および記録媒体１００に対して、第１の位相変化発生素子２により発生した３次の球面収差の位相分布の形状を有する光束を入射させた場合、その位相分布の形状は第１の記録層１００ｂに集光された光束において収差が小さくなるように設定されている。
【０１８５】
第１の記録層１００ｂで反射された光束は、対物レンズ５９を透過し、λ／４波長板５７を透過し、Ｙ方向の直線偏光となり、第２の位相差発生素子３で位相変化を与えられ、旋光素子１を透過し、偏光ビームスプリッタ５４で信号検出用のＰＤ６２の方向に反射される。
【０１８６】
信号検出用のＰＤ６２と偏光ビームスプリッタ５４との間には、集光レンズ６０とシリンドリカルレンズ６１が配置され、ＲＦ信号、フォーカス・ラジアル信号の検出が行われる。
【０１８７】
記録媒体１００の記録層のうち第２の記録層１００ｄに信号を記録する、あるいは、再生する場合には、旋光素子１をＯＦＦ状態とする。その場合、旋光素子１からはＹ方向の直線偏光が出射されるため、第２の位相変化発生素子３で前述とは逆の極性を持った球面収差を与えられた光束が対物レンズ５９に入射する。従って、対物レンズ５９によって集光された光束は、第２の記録層１００ｄに集光した場合に収差が最小となる。
【０１８８】
第２の記録層１００ｄで反射された光束は、再び、第１の位相変化発生素子２により収差が与えられ、旋光素子１で偏光方向が直交する方向（Ｙ方向）に変換されて、偏光ビームスプリッタ５４により信号検出用のＰＤ６２の方向に反射され、前述と同様にＲＦ信号、フォーカス・ラジアル信号の検出が行われる。ここで、λ／４波長板５７を使用していることにより、記録媒体１００で反射された光束を効率よ信号検出用のＰＤ６２に導くことができる。
【０１８９】
また、収差補正ユニット５は、対物レンズ駆動機構の周波数特性をより良くするために、対物レンズ駆動機構とは別体としたが、対物レンズホルダー５８に対物レンズ５９と一体に保持させることも可能である。
【０１９０】
また、収差補正ユニット５の一部を、対物レンズホルダー５８と一体としても良い。その一例として図１７には、収差発生素子４とλ／４波長板５７とを対物レンズホルダー５８と一体としたものを示す。この場合、旋光素子１に給電する電極が対物レンズ駆動機構の周波数特性に与える影響をなくすことができる。また、収差発生素子４に対し、対物レンズ５９がラジアル方向に駆動されることにより発生するコマ収差の影響を低減することができる。
【０１９１】
また、収差発生素子４としては、実施の形態の１ないし３に記載の収差発生素子、すなわち、階段状の面を有する高分子液晶材料、偏光ホログラムレンズ、あるいは、位相変化発生素子が１つのもの、または、２つのものが利用可能である。
【０１９２】
位相変化発生素子が１つのものを使用する場合、本実施の形態においては、対物レンズは２つの記録層の中間において球面収差が最小となるように設定された対物レンズである。そのため、複屈折材料（偏光ホログラムレンズを含む）のＸ方向の屈折率をＮｘ（Ｎｘａ）、Ｙ方向の屈折率をＮｙ（Ｎｙａ）とし、充填剤の屈折率をＮ（Ｎａ）とすると、
Ｎ＝（Ｎｘ＋Ｎｙ）／２
のものを使用する。このような位相変化発生素子を用いることにより、２つの記録層において発生される残存収差を低減し、かつ、位相変化発生素子を１つにすることができる。
【０１９３】
また、発生させる位相分布の形状としては、倍率変化の収差を近似したものであってもよいが、後述の収差を近似したものであれば、フォーカスエラー信号において発生するオフセットを低減することができる。この点について以下に説明する。
【０１９４】
本実施の形態においては、上述したように、２つの位相変化発生素子２・３はともに３次の球面収差を近似した位相変化を光束に与えている。その結果、記録媒体１００の２つの記録層１００ｂ・１００ｄのそれぞれにおいて、旋光素子１で偏光方向を切り替えることにより収差を小さくすることができる。
【０１９５】
しかし、本実施の形態のように、収差補正ユニット５と記録媒体１００の間にλ／４波長板５７を使用した場合には、復路の偏光方向が往路の偏光方向と異なっているため、いずれの位相分布の形状においても、記録層で反射し、対物レンズ５９を通過した光束中には、往路で光束に与えた収差に加えて、他方の位相変化発生素子で発生した収差が光束に与えられてしまう。
【０１９６】
フォーカスエラー信号とは、像面において発生しているデフォーカスの収差を検出するものであるが、このように復路で収差が発生している場合には、像面においてデフォーカスが発生していないにもかかわらずデフォーカスとして検出する（フォーカスオフセット）恐れがある。しかし、３次の球面収差が近似した位相変化を与えた場合には、倍率変化の収差を与える場合に比べて大幅にフォーカスオフセットを低減できる。
【０１９７】
例えば、対物レンズの有効径をφ１．５、ＮＡを０．８５、記録媒体の対物レンズ側の表面から第１の記録層までの間の光透過層の厚みを７５μｍ、第１の記録層と第２の記録層の間の光透過層の厚みを２５μｍ、倍率は約５倍の光学系でシミュレーションした結果、倍率変化の収差を近似した位相分布を与えた場合では、約２μｍのフォーカスオフセットが発生するのに対し、３次の球面収差を近似した位相分布を与えた場合では約０．０５μｍのフォーカスオフセットに低減される。
【０１９８】
この効果は３次の球面収差を近似した位相分布の場合に限定されるものではなく、さらに高次の球面収差を含むような位相分布の場合でも同様に効果があり、その効果は位相分布の形状において、有効径の半径のｒ＝０．５〜０．９（有効径の半径は１で規格化している）の付近に変極点を持つような位相分布の形状であればよい。これは、復路の光束を変極点に対し光軸側と外側の２つの光束だと考えた場合に、フォーカスエラー信号において光軸側の光束により発生するデフォーカス量と外側の光束により発生するデフォーカス量の極性が異なることから、バランスするためである。
【０１９９】
また、本実施の形態では、対物レンズ５９としては２つの記録層１００ｂ・１００ｄの中間の位置（すなわち、光透過層１００ｃの厚みの中間に相当する位置）において球面収差が最も小さくなるように設定されたものを使用している。このような対物レンズを使用することにより、収差発生素子４により、２つの記録層のどちらに集光させた場合においても、残存する収差量を低減させることができる。これは、一般的に対物レンズに入射する光束に収差を与えることによって前述のような球面収差を補正する場合には、補正する球面収差量が小さいほど残存収差も小さいからである。そして、２つの記録層を有する場合には、２つの記録層の中間の位置で球面収差が小さくなるように対物レンズを設定しておけば、２つの記録層で発生する球面収差量はほぼ等しくなるためである。
【０２００】
また、本発明の光ピックアップ装置に用いる対物レンズ５９としては、上記のものに限定することなく、第１の記録層１００ｂあるいは第２の記録層１００ｄに対し、球面収差が最も小さくなるように設定したものを使用してもよい。その場合、収差補正ユニットとして１つの位相変化発生素子を使用し、対物レンズが最適化されていない側の記録層の記録あるいは再生時には、位相変化発生素子で収差を発生させ、記録層に集光した光束において収差が小さくなるようにしてもよい。
【０２０１】
このような構成にすれば、位相変化発生素子を一つにすることができる。また、第２の記録層１００ｄに対し、球面収差が最も小さくなるように設定した対物レンズを使用した場合、一般的には対物レンズ側の記録層（第１の記録層１００ｂ）に集光した場合の残存収差は大きくなるが、逆に、記録媒体が傾いた場合に発生するコマ収差の量が、相対的に低減され、収差全体で考えた場合に、第１の記録層１００ｂと第２の記録層１００ｄで発生する収差のバランスがとれるという効果がある。この効果は開口数の大きな対物レンズを使用する場合や、記録層間の厚みが厚い記録媒体を用いる時に顕著である。
【０２０２】
また、本発明においては、上記のいずれかの場合（２つの記録層１００ｂ・１００ｄの中間の位置において球面収差が最も小さくなるように対物レンズを設定した場合、あるいは、第１の記録層１００ｂあるいは第２の記録層１００ｄに対して球面収差が最も小さくなるように対物レンズ５９設定した場合）だけではなく、対物レンズを２つの記録層１００ｂ・１００ｄの間のいずれかの位置で球面収差が小さくなるように設定されたものを用いることもできる。上記のような構成によれば、記録媒体表面から第１層の間、あるいは、第ｎ層よりもさらに奥に最適化したものに比べて、補正する球面収差量が少なくなるため、発生する残存収差を低減することが可能である。なお、上記「２つの記録層１００ｂ・１００ｄの間のいずれかの位置」とは、２つの記録層の中間の位置という１点のみではなく、２つの記録層の間の領域の何れかを意味する。また、これは一般的には、入射光束にあらかじめ収差を与えて補正する場合、その補正量が小さいほど残存収差が小さくなるからである。残存収差とは、補正に必要な収差の成分と、実際に補正するための収差の成分の差であり、より大きな収差を補正する場合、より大きな収差の補正誤差、すなわち、残存収差が発生する。
【０２０３】
また、本実施の形態では２つの記録層を有する記録媒体の場合について説明したが、さらに多くの記録層を有する多層記録媒体であってもよい。また、単層の記録媒体であってもよい。
【０２０４】
また、単層の記録媒体であっても、その記録媒体表面から記録層にいたる光透過層の厚みが記録媒体ごとに異なるものも存在する。そのような場合に、本実施の形態のような光ピックアップ装置を用いることにより、記録層において発生する収差量を低減することが可能である。
【０２０５】
また、単層の記録媒体（１つの記録層のみを有する記録媒体）と多層（２層以上）の記録媒体の双方の記録あるいは再生を行う光ピックアップ装置の場合、単層の記録媒体の記録層は、多層の記録媒体において対物レンズに最も近い側の記録層（第１層）、あるいは、最も遠い側の記録層（第ｎ層）と光学的に等化な厚みを有する記録媒体であることが望ましい。これによれば、単層の記録媒体の記録層において発生する収差量を低減することができる。
【０２０６】
なお、ここで「光学的に等化な厚み」とは、異なる屈折率、厚み、層構造（層構造とは記録層を構成する複数の層や光透過層を構成する複数の層をいう）であっても、対物レンズにより集光された収差が同様に小さくなるような厚みであることを意味する。
【０２０７】
この場合、対物レンズの設定は、多層の記録媒体において好適に設定されたもの（第１層と第ｎ層との中間の位置において球面収差が最も小さくなるように設定されたもの、あるいは、第１層あるいは第ｎ層に対して球面収差が最も小さくなるように設定されたもの）を用いる。そして、単層の記録媒体の記録媒体から記録層までの厚みを、多層の記録媒体の第１層、あるいは、第ｎ層と一致するように設定することで、単層の記録層で発生する収差を小さくすることができる。
【０２０８】
〔実施の形態６〕
本発明の実施の形態６について、図１８に基づいて以下に説明する。
【０２０９】
本実施の形態にかかるピックアップ装置は、第５の実施の形態の光ピックアップ装置に対し、第２の収差発生素子９を備えたものである。つまり、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置は、実施の形態４で説明したような構成を有する収差補正ユニットを備えたものであってもよい。図１８には、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の構成図を示す。
【０２１０】
図１８において第２の収差発生素子以外の構成は第５の実施の形態のものと同じであるため、第２の収差発生素子以外の構成については説明を簡略化する。
【０２１１】
第２の収差発生素子９は、旋光素子１と第１の収差発生素子４との間に、対物レンズホルダー５８とは別体として配置されている。また、第２の収差発生素子９は、倍率変化の収差を発生させる２つの液晶素子（第１の液晶素子７、第２の液晶素子８）から構成されている。
【０２１２】
２つの液晶素子はそれぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向の直線偏７光が入射した場合に位相変化を発生するように、液晶分子の配向方向が設定されている。また、上記液晶素子はそれぞれ倍率変化の位相分布の形状を発生させるように、電極あるいは透明電極のパターンが構成された液晶素子であり、位相分布の形状の極性は同じものとなっている。
【０２１３】
本実施の形態における光ピックアップ装置において、半導体レーザである光源５１から出射された光はコリメートレンズ５２により平行光とされる。ここで、光源５１から出射される偏光はＸ方向の直線偏光である。コリメートレンズ５２を出射した光は、１／２波長板５３に入射し、その偏光方向をわずかに回転され、偏光ビームスプリッタ５４に入射する。偏光ビームスプリッタ５４でＹ方向の直線偏光（Ｓ偏光）の成分は反射され、集光レンズ５５を通じて、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）用のモニタＰＤ５６へ入射する。このモニタＰＤ５６は光源５１の制御のために使用される。
【０２１４】
偏光ビームスプリッタ５４を出射したＸ方向の直線偏光は、旋光素子１に入射する。ここで、旋光素子１に電圧が印加されている場合（ＯＮ状態）、偏光方向はそのままで、旋光素子１に電圧が印加されていない場合（ＯＦＦ状態）、偏光方向は直交方向に回転され、Ｙ方向の直線偏光が旋光素子１から出射される。
【０２１５】
旋光素子１がＯＮ状態の場合、Ｘ方向の直線偏光が旋光素子から出射され、第２の収差発生素子９に入射する。第２の収差発生素子に入射した光束は、第２の収差発生素子９のうち、Ｘ方向の偏光方向の光束に対して位相変化を発生するように設定されている第１の液晶素子７によって、倍率変化の収差が与えられる。一方、第２の液晶素子８は、Ｙ方向の偏光方向の光束に対して位相変化を発生するように設定されているため、光束に位相変化を発生させることなく透過させる。
【０２１６】
次に、光束は第１の収差発生素子４に入射する。第１の位相変化発生素子２は、Ｘ方向の偏光方向の光束に対して位相変化（第１の位相変化）を発生するように設定されており、一方、第２の位相変化発生素子３は、Ｙ方向の偏光方向の光束に対して位相変化（第２の位相変化）を発生するように設定されている。また、２つの位相変化発生素子２・３はともに３次の球面収差を近似した位相差を光束に与えるが、２つの位相変化発生素２・３子は、その位相変化の大きさは同じで、極性が異なる位相分布の形状を発生するように設定されている。よって、第１の位相変化発生素子２によって、３次の球面収差を近似するような位相変化を与えられ、第２の位相変化発生素子３を透過した光束は、λ／４波長板５７により円偏光となって、対物レンズ５９に入射する。
【０２１７】
対物レンズ５９は、対物レンズホルダー５８に保持されている。対物レンズ５９は、対物レンズ駆動機構（図示せず）によって駆動され、記録媒体へのフォーカス調整、および、ラジアル方向への移動が行われる。
【０２１８】
対物レンズ５９に入射した光束は、対物レンズ５９により、記録媒体１００の記録層に集光される。ここで、記録媒体１００は、光軸方向に２つの記録層が積層された多層記録媒体である。この記録媒体１００は、対物レンズ側から順に、光透過層１００ａ、第１の記録層１００ｂ（第１層）、光透過層１００ｃ、第２の記録層１００ｄ（第ｎ層に相当する）、基板１００ｅの順に配列されている。つまり、対物レンズ５９側の記録層が第１の記録層１００ｂであり、遠い側の記録層が第２の記録層１００ｄとする。
【０２１９】
また、対物レンズ５９は、２つの記録層１００ｂ・１００ｄの中間に存在する光透過層１００ｃにおいて球面収差が最小となるように設定された対物レンズである。この対物レンズ５９に対し、第１の収差発生素子４の第１の位相変化発生素子２と、第２の収差発生素子９の第１の液晶素子７によって収差が与えられることによって、第１の記録層１００ｂに集光される光束の収差が小さくなる。
【０２２０】
第１の記録層１００ｂで反射された光束は、対物レンズ５９を透過し、λ／４波長板５７を透過し、Ｙ方向の直線偏光となり、第１の位相変化発生素子３で位相変化が与えられる。そして、第２の収差発生素子９に入射するが、第２の収差発生素子９のうちＹ方向の偏光に対し位相変化を付与する第２の液晶素子８は、Ｘ方向の偏光に対し位相変化を付与する第１の液晶素子７とは相似形の位相分布の形状と位相差量とを光束に対して付与する収差発生素子である。また、位相分布の形状の極性も同じものとなっている。従って、記録層で反射し、復路で発生した球面収差の一部が補正される。なお、一部とは往路において第２の収差発生素子９が光束に付与した収差と同じ位相差量の収差である。
【０２２１】
続いて、光束は旋光素子１を透過し、偏光ビームスプリッタ５４で信号検出用のＰＤ６２の方向に反射される。
【０２２２】
信号検出用のＰＤ６２と偏光ビームスプリッタ５４との間には、集光レンズ６０とシリンドリカルレンズ６１が配置され、ＲＦ信号、フォーカス・ラジアル信号の検出が行われる。
【０２２３】
記録媒体１００の記録層のうち第２の記録層１００ｄに信号を記録する、あるいは、再生する場合には、旋光素子１をＯＦＦ状態とするとともに、第２の収差発生素子９を制御することにより、前述の場合と逆の極性を持った倍率変化の収差を発生するようにする。その結果、前述とは逆の極性を持った球面収差あるいはデフォーカスの収差が光束に付与され、対物レンズ５９に入射する。従って、対物レンズ５９によって集光された光束は第２の記録層１００ｄに集光した場合に収差が最小となる。
【０２２４】
第２の記録層１００ｄで反射された光束は、第１の記録層１００ｂで反射した光束と同様の経路を経て信号検出用のＰＤ６２で検出される。
【０２２５】
本実施の形態においても、λ／４波長板５７を使用していることにより、記録媒体で反射された光束を効率よ信号検出用のＰＤ６２に導くことができる。
【０２２６】
本実施の形態においては、第２の収差発生素子９を構成する位相変化発生素子として２つの液晶素子７・８を使用した。従って、第１の収差発生素子４による収差の補正のみでは残存する収差も、第２の収差発生素子９を用いることにより補正可能である。しかも、大部分の収差、すなわち、第１の記録層１００ｂと第２の記録層１００ｄで発生する球面収差を第１の収差発生素子９で補正していることから、第２の収差発生素子４で補正する収差量は各記録層の厚み誤差などのわずかな量となるため、第２の収差発生素子９の位相変化発生素子の液晶層を薄くすることができる。従って、応答速度を速くすることもできる。
【０２２７】
例えば、第１の記録層１００ｂと第２の記録層１００ｄとのの標準的な厚みの差を２５μｍ、各記録層の厚み誤差を±５μｍとすると、第１の収差発生素子により±１２．５μｍ、第２の収差発生素子により±５μｍの光透過層の光学的厚みに相当する収差を発生させればよい。このようにすることにより、従来技術のように液晶素子のみを用いる場合には、液晶素子で発生させる位相差量として±１７．５μｍの光透過層の光学的厚みに相当する収差を発生させる必要があったものを、±５μｍに低減できる。
【０２２８】
従って、第２の収差発生素子９の応答速度を約１／１２にすることができる。また、例えば、単層の記録媒体のみに対応した光ピックアップ装置の場合、単層の記録媒体の記録層が存在する記録媒体表面から記録層までの光透過層の厚みの範囲が１００μｍ±１０μｍとする場合、第１の収差発生素子４により光透過層の厚みが９５μｍ、１０５μｍに対応するように設定しておけば、第２の収差発生素子９で発生させる収差量±５μｍの光透過層の厚みの範囲を補正するだけですむため、従来技術のように液晶素子のみを用いる場合と比較すると、第２の収差発生素子９を構成する液晶素子の応答速度を約１／４とすることができる。
【０２２９】
また、第２の収差発生素子９により発生させる位相分布の形状としては、倍率変化の収差のものとした。これにより、第２の収差発生素子９を対物レンズ駆動機構と別体で設けているにもかかわらず、対物レンズがラジアル方向にシフトすることにより発生するコマ収差の量を低減することができる。また、第２の収差発生素子９を対物レンズ駆動機構と別体で設けたことにより、収差発生素子に対して制御信号を送るための配線などによる対物レンズ駆動機構の帯域の低下をなくすことができる。なお、対物レンズ５９がラジアル方向にシフトすることにより発生するコマ収差が問題とならない場合には、３次の球面収差の波面やあるいはさらに高次の球面収差の波面としても良い。また、対物レンズ駆動機構の帯域の低下が問題とならない場合には、第２の収差発生素子９を対物レンズ駆動機構と一体に設けてもよい。その場合は、対物レンズ５９のシフトによるコマ収差の問題が小さくなるのでいずれの波面であっても構わない。
【０２３０】
また、本実施の形態においては、第１の収差発生素子で発生する収差として３次の球面収差発生素子を近似した波面の収差を発生するものを使用し、対物レンズホルダーと一体で保持されるようにした。３次の球面収差発生素子を近似した波面の収差を発生するものを使用したことにより、復路の収差によるフォーカスオフセットを低減することができ、また、対物レンズホルダーと一体としたことにより、対物レンズのラジアル方向への移動により発生する、第１の収差発生素子４との位置ずれによるコマ収差の発生を低減することができる。但し、第１の収差発生素子４としてはこれらの形態のものだけでなく、例えば、第１の収差発生素子４で発生する位相分布の形状としては倍率変化の収差のもの、また、さらに、高次の球面収差のものも使用可能である。また、対物レンズホルダーと別体で使用することも可能であり、その場合、倍率変化の収差を発生させるようにすることにより、対物レンズのラジアル方向への移動により発生する、第１の収差発生素子４との位置ずれによるコマ収差の発生を低減することができる。
【０２３１】
また、第２の収差発生素子９には、それぞれ作用する偏光方向が直交する２つの液晶素子７・８を用いた。また、発生する位相分布の形状は同じものとした。これは、記録媒体で反射した光束において発生する収差の一部を補正するためある。ここで一部とは、往路において第２の収差発生素子９で発生させた収差に相当する量のことである。第２の収差発生素子９の位相分布の形状は倍率変化の収差の波面としたため、前述のように、復路において収差が残存した場合、フォーカスオフセットとなる恐れがあるが、本構成としたことによりフォーカスオフセットを低減することができる。なお、本実施の形態においては、光の利用効率を向上と記録媒体に対し円偏光で入射させるために、λ／４波長板を使用したが、λ／４波長板を使用しない場合、往路と復路で第２の収差発生素子９に入射する偏光方向は同一であるため、往路・復路とも同一の位相変化発生素子（液晶素子）を透過することから、おのずと、復路の収差の補正はなされる。
【０２３２】
なお、第２の収差発生素子９を構成する２つの液晶素子で発生される位相分布の形状は上記のものに限定されない。例えば、位相分布の形状は同じであるが、極性が異なるものであっても良い。また、２つの記録層の各々の厚み誤差を補正する位相分布の形状としてもよい。その場合、記録層の切り替え時間は旋光素子による偏光方向の切り替え時間となるため、高速な切り替えが可能となる。
【０２３３】
〔実施の形態７〕
本発明の実施の形態７について、図１９ないし図２１に基づいて以下に説明する。
【０２３４】
本実施の形態では、本発明の光記録再生装置の一例として、上述の実施の形態５あるいは実施の形態６の光ピックアップ装置を備えた光記録再生装置について説明する。しかしながら、本発明はこの記載に限定されるものではない。図１９には、本実施の形態にかかる光記録再生装置の構成を示す。図１９に示す光記録再生装置は、実施の形態６の光ピックアップ装置を光記録再生装置に適用したもの、すなわち、第２の収差発生素子９を有するものである。
【０２３５】
本光記録再生装置には、実施の形態６で説明した図１８に示す光ピックアップ装置と、該光ピックアップ装置を制御するための制御部８０とが含まれている。本光記録再生装置の光ピックアップ装置およびその制御部８０以外の構成については、従来公知の光記録再生装置と同様の構成を適用することが可能であるため、ここではその説明を省略する。
【０２３６】
図１９に示すように、制御部８０には、光ピックアップ装置によって記録媒体１００から読み取られた読み取り信号の一つであるＲＦ信号を検出するＲＦ信号検出部７０、該ＲＦ信号検出部７０で検出されたＲＦ信号に基づいて、旋光素子１から出射される光束の偏光方向の切り替えを制御する偏光制御信号を旋光素子１へ送信する偏光制御部７１、上記偏光制御信号の情報を記憶する偏光制御情報保持部７２、上記ＲＦ信号検出部７０で検出されたＲＦ信号に基づいて、光ピックアップ装置の第２の収差発生素子９で発生させる収差量を決定する収差制御信号を収差発生素子９へ送信する収差制御部７３、上記収差制御信号の情報を記憶する収差制御情報保持部７４が含まれている。
【０２３７】
偏光制御部７１内には、記録媒体１００から読み取ったＲＦ信号に基づいて、旋光素子１から出射される光束の偏光方向を、第１あるいは第２の偏光方向の何れに切り替えるかを決定する偏光判断部７１ａが設けられている。また、収差制御部７３内には、記録媒体１００から読み取ったＲＦ信号に基づいて収差制御部７３で決定された第２の収差発生素子９で発生させる収差量に相当する電圧の大きさを判断する電圧判断部７３ａが設けられている。
【０２３８】
図２０には、上記偏光制御部７１などを用いて本光記録再生装置で実行される収差補正制御の手順を示す。先ず、偏光判断部７１ａは、ＲＦ信号検出部７０によって検出されたＲＦ信号について、偏光制御情報保持部７２に記憶されている情報に基づいて、情報の記録再生を行う記録媒体１００の記録層に対する偏光方向の情報が既知であるか否か（すなわち、第１あるいは第２の何れの偏光方向が良いか）を判定する（Ｓ１）。ここで、当該記録層に対する偏光方向の情報が既知の場合（Ｓ１においてＹＥＳ）には、偏光制御部７１は、旋光素子１の偏光方向の設定を行う（Ｓ４）。
【０２３９】
また、Ｓ１において、当該記録層に対する偏光方向の情報が既知ではない場合（Ｓ１においてＮＯ）には、偏光制御部７１は、旋光素子１の偏光方向の切り替えを行う（Ｓ２）。そして、偏光判断部７１ａは、第１の偏光方向および第２の偏光方向それぞれの場合の光束から読み取られたＲＦ信号の品質を判断し、何れの偏光方向の場合の方が、より良い品質であるかを判定する（Ｓ３）。その後、偏光制御部７１は、Ｓ３での判定結果に基づいて旋光素子１の偏光方向の設定を行い（Ｓ４）、収差補正制御は終了する。
【０２４０】
このような構成とすることにより、例えば、いずれの偏光方向の光束を発生させて収差を補正すればよいか、あらかじめわかっていない単層の記録媒体に記録あるいは再生する際、偏光方向の切り替えを行うことによって、異なる位相差量の収差を発生させ、記録媒体１００からの各読み取り信号により、どちらの偏光方向の場合においてより良い品質の信号が得られているかを判断し、偏光方向を決定することができる。
【０２４１】
なお、図２０を用いて説明した上述の収差補正制御の手順は、第２の収差発生素子９が設けられていない場合、あるいは、第２の収差発生素子９を使用しない場合の光記録再生装置において実行される収差補正制御の手順である。
【０２４２】
ここで、記録媒体の読み取り信号とは、ＲＦ信号振幅、ＲＦ信号振幅のエンベローブ、ジッター、エラーレート、または、エラーレートの指標値となるものなどがある。ここで、エラーレートの指標値とは、エラーレートに対応する信号品質の評価値のことである。例えばビット検出方式としてＰＲＭＬ（Partial Response Maximum Likelihood）を用いる場合、ＳＡＭ（Sequenced Amplitude Margin）と呼ばれる評価方法が提案されている。ＳＡＭに基づいた評価値はエラーレートとの対応性が非常に良いため、より正確に信号品質を判断することが可能となる。
【０２４３】
続いて、光記録再生装置に第２の収差発生素子９が備えられている場合の収差補正制御の手順について図２１に基づいて以下に説明する。
【０２４４】
図２１において、ステップ１１（Ｓ１１）からステップ１４（Ｓ１４）については、第２の収差発生素子９が備えられていない場合（図２０Ｓ１〜Ｓ４）と同様であるため、その説明を省略し、ここではステップ１５（Ｓ１５）以降の手順について説明する。
【０２４５】
Ｓ１４において、旋光素子１の偏光方向が設定された後、第２の収差発生素子９を構成する各液晶素子のうち、旋光素子１を制御することによって決定した偏光方向の光束に対して位相変化を発生させる液晶素子に対し、収差制御部７３により各液晶素子に収差制御信号を与え、光束に収差を発生させる。ここで、電圧を変化させることによって、光束に与える位相を変化させ（Ｓ１５）、その都度、電圧判断部７３ａは、読み取り信号（ＲＦ信号）を確認し、最も良い品質の信号が得られる位相差量を決定する（Ｓ１６）。そして、ここで決定された位相差量を与えるような電圧を、第２の収差発生素子の液晶素子に印加させるための収差制御信号を第２の収差発生素子へ印加する（Ｓ１７）。この収差補正制御によって、所望とする収差を光束に対して与えることができる。
【０２４６】
なお、この位相差量の決定の際には、例えば、位相差量、あるいは、液晶素子に与える印加電圧を変化させ、その都度得られる、ＲＦ信号振幅、ＲＦ信号振幅のエンベローブ、ジッター、エラーレート、または、エラーレートの指標値の関係から適当な関数、例えば、２次関数を導出することで、その２次関数の変極点となる位相差量、あるいは、液晶素子に与える印加電圧を決定することも可能である。
【０２４７】
また、位相差量を変化させる際には、２つの液晶素子にともに同じ位相差量を発生させることにより、復路の収差によるフォーカスオフセットの発生を抑制できることから、より、精度の高い位相差の決定が可能である。なお、いずれの偏光方向の光束を発生させて収差を補正すれば良いか、あらかじめわかっている単層の記録媒体に記録あるいは再生する際は、偏光方向の切り替えのみを行い、信号品質の判断の手順を省略し、第２の収差発生素子の制御を行えば良い。
【０２４８】
ここで、偏光の切り替えの動作を第２の収差発生素子９の動作より先に行う理由は、第１の収差発生素子４により発生される収差量を、第２の収差発生素子９で発生される収差量より大きく設定しているためである。また、ここでいう収差量が大きいとは、対物レンズ５９により記録層に集光された光束の球面収差量の大きさである。例えば、第２の収差発生素子９で発生される位相分布の形状が倍率変化の収差の場合、対物レンズ５９で集光された光束にはいわゆるデフォーカスと球面収差が発生するが、光記録再生装置の場合、デフォーカスはフォーカス制御により補正されるため、問題となるのは球面収差の大きさであるからである。
【０２４９】
また、異なる記録媒体の記録または再生を行う場合に同様の手順をとることができる。例えば、各記録層において、いずれの偏光方向の光束を発生させて収差を補正すれば良いか、あらかじめわかっていない多層の記録媒体に記録あるいは再生する際、各々の記録層に対し、偏光方向を切り替えることによって、異なる位相差量の収差を発生させ、記録媒体の読取信号により、どちらの偏光方向の場合においてより良い品質の信号が得られているかを判断し、偏光方向を決定する。また、第２の収差発生素子９を備えた光記録再生装置においては、次に、第２の収差発生素子９を構成する液晶素子の収差制御部７３により各液晶素子に収差制御信号を与え、光束に収差を発生させる。この光束与える位相差量を変化させ、その都度、読も取り信号を確認し、最も良い品質の信号が得られる位相差量を決定する。
【０２５０】
また、例えば、各記録層に関し、第１の収差発生素子に対し、いずれの偏光方向の光束を発生させて収差を補正すれば良いか、あらかじめわかっている場合には、偏光方向の切り替えのみを行い、信号品質の判断の手順を省略し、第２の収差発生素子９の制御を行えば良い。
【０２５１】
また、本実施の形態の光記録再生装置は少なくとも、各記録層に対する収差発生素子の各制御信号の情報を記憶する保持部（収差制御情報保持部７４、偏光制御情報保持部７２）を備えている。ここで、各制御信号の情報とは、旋光素子１についてはＯＮ、ＯＦＦの情報である偏光制御信号の情報であり、第２の収差発生素子９については液晶素子に与える印加電圧の情報、すなわち、収差制御信号の情報である。これらの情報の保持部を有していることにより、例えば、異なる記録層を記録再生する場合、や、フォーカスサーボが外れて再度引き込み動作を行う場合、その都度、偏光方向の決定や位相差量の決定を行う必要がなくなるので、動作を高速化することができる。また、各制御信号の情報を光記録再生装置の各保持部（収差制御情報保持部７４、偏光制御情報保持部７２）にディスクのＩＤと１対１に対応付けて記憶しておけば、ディスクを交換した場合の動作も高速化することができる。
【０２５２】
ここで、ディスクのＩＤとは個々の記録媒体ごとに設定されたＩＤコード（以下ディスクＩＤ）のことであり、ディスクＩＤはあらかじめ記録媒体、あるいは、記録媒体を内蔵したカートリッジに記録されているものか、あるいは、光記録再生装置により個々の記録媒体に記録したものなどが利用できる。
【０２５３】
また、上記の各制御信号の情報を記憶する保持部として、記録媒体を利用してもよい。つまり、上記光記録再生装置は、記録媒体に対応する上記偏光制御信号の情報を当該記録媒体へ記録したり、記録媒体に対応する上記収差制御信号の情報を当該記録媒体へ記録したりしてもよい。
【０２５４】
以上のように、各制御信号の情報を記録媒体に記録することにより、別途光記録再生装置に保持部用のメモリを備える必要がなくなる。また、ディスクを交換した場合の動作を高速化することもできる。また、記録媒体の保持部と光記録再生装置の保持部とを併設してもよい。その場合、ディスク交換の際、記録媒体に保持されている情報を光記録再生装置側の保持部にコピーすることにより、記録再生する記録層を頻繁に切り替える際には、動作を高速化することができる。
【０２５５】
また、本発明の光記録再生装置は、記録再生装置ごとに異なるＩＤコードを有しているような構成であってもよい。この場合、光記録再生装置ごとのＩＤコード（以下ドライブＩＤ）を記録媒体、あるいは、カートリッジに設けられた記録部に記録しておくことが好ましい。これにより、各制御信号の情報を光記録再生装置ごとに管理できるため、光記録再生装置ごとに光学系の特性などが異なる場合においても、高精度な収差の制御が可能となる。
【０２５６】
記録媒体に、各制御信号の情報とドライブＩＤとが記録されている場合、光記録再生装置に記録媒体が挿入された時の動作手順としては次のようなものが考えられる。
【０２５７】
挿入されたディスクのディスクＩＤと各制御信号（偏光制御信号、収差制御信号）の情報を読み取る。ディスクＩＤが該光記録再生装置に記録されているのディスクＩＤと一致しない場合、あるいは、ディスクＩＤが記録されていない場合、前述の手順で偏光方向の決定、あるいは、発生収差量の決定を行い、各情報を保持部に格納するか、あるいは、記録媒体に記録する。記録媒体に記録する際にはドライブＩＤも記録する。
【０２５８】
また、記録媒体に各制御信号（偏光制御信号、収差制御信号）の情報を記録する場合、記録層のリードインエリアに記録することが好ましい。通常、記録媒体の情報を光記録再生装置で読み込む際には、リードインエリアの情報を最初に読み込むことから、リードインエリアに上述の情報を記録しておくことにより、さらに動作時間の短縮化が可能となる。また、多層の記録層を有する記録媒体の場合、各記録層のリードインエリアに情報を記録しておくことにより、例えば、各記録層に関する情報の読み込みを高速化することができる。
【０２５９】
上述の各実施の形態で説明した本発明にかかる収差補正ユニット、光ピックアップ装置、光記録再生装置は、あくまでも本発明の一例であり、本発明は、特許請求の範囲内で種々に変更することが可能である。また、各実施の形態で説明した各構成を、適宜置換したり、変更したり、組み合わせたりして本発明を実施することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０２６０】
本発明の収差補正ユニットは、高密度化および大容量化された高性能の光ディスクに対する情報記録または情報再生における収差補正技術に有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２６１】
【図１】実施の形態１にかかる収差補正ユニットの構成を示す模式図である。なお、（ａ）と（ｂ）は、旋光素子を出射した光束の偏光方向が異なる場合をそれぞれ示すものである。
【図２】図１（ａ）、（ｂ）に示す収差補正ユニットに設けられた第１の位相変化発生素子の断面の構成を示す模式図である。
【図３】図１（ａ）、（ｂ）に示す収差補正ユニットに設けられた第２の位相変化発生素子の断面の構成を示す模式図である。
【図４】図１に示す収差補正ユニットとは位相分布が異なる場合の収差補正ユニットの構成を示す模式図である。なお、（ａ）と（ｂ）は、旋光素子を出射した光束の偏光方向が異なる場合をそれぞれ示すものである。
【図５】図１に示す収差補正ユニットとは位相分布が異なる場合の収差補正ユニットの構成を示す模式図である。なお、（ａ）と（ｂ）は、旋光素子を出射した光束の偏光方向が異なる場合をそれぞれ示すものである。
【図６】図１に示す収差補正ユニットとは異なる形態の収差補正ユニットであって、一つの位相変化発生素子を有する場合の構成を示す模式図である。
【図７】図１に示す収差補正ユニットにおいて、光束の出射側に集光レンズを配置した場合の構成を示す模式図である。
【図８】実施の形態２にかかる収差補正ユニットの構成を示す模式図である。なお、（ａ）と（ｂ）は、旋光素子を出射した光束の偏光方向が異なる場合をそれぞれ示すものである。
【図９】滑らかな曲面をもつ位相変化発生素子からなる収差発生素子の断面の構成を示す模式図である。
【図１０】実施の形態３にかかる収差補正ユニットの構成を示す模式図である。なお、（ａ）と（ｂ）は、旋光素子を出射した光束の偏光方向が異なる場合をそれぞれ示すものである。
【図１１】（ａ）は、図１０（ａ）、（ｂ）に示す収差補正ユニットに設けられた第１の位相変化発生素子の断面の構成を示す模式図である。（ｂ）は、図１０（ａ）、（ｂ）に示す収差補正ユニットに設けられた第２の位相変化発生素子の断面の構成を示す模式図である。
【図１２】実施の形態３にかかる収差補正ユニットに設けられた偏光ホログラムレンズの他の形態の一部を示す模式図である。
【図１３】実施の形態４にかかる収差補正ユニットの構成を示す模式図である。
【図１４】第２の収差発生素子に設けられた電極パターンの一例を示す模式図である。
【図１５】実施の形態４にかかる収差補正ユニットに設けられた第２の収差発生素子を通過した光束に発生する位相分布の形状を示す模式図である。
【図１６】実施の形態５にかかる光ピックアップ装置の構成を示す模式図である。
【図１７】図１６に示す光ピックアップ装置とは異なる形態の光ピックアップ装置の構成を示す模式図である。
【図１８】実施の形態６にかかる光ピックアップ装置の構成を示す模式図である。
【図１９】実施の形態７にかかる光記録再生装置の構成を示す模式図である。
【図２０】実施の形態７にかかる光記録再生装置で実行される収差補正制御の手順を示すフローチャートである。
【図２１】実施の形態７にかかる光記録再生装置のうち、第２の収差発生素子が設けられている場合の光記録再生装置において実行させる収差補正制御の手順を示すフローチャートである。
【図２２】従来の収差補正技術に用いられる液晶素子の電極パターンを示す模式図である。
【図２３】従来の収差補正技術に用いられる液晶素子で発生する光束の位相分布の形状を示す模式図である。
【符号の説明】
【０２６２】
１・１０１・１０２・１０３・１０４・１０６・１０７        旋光素子
２・２０１・２０２・２０６・２０７    第１の位相変化発生素子（位相変化発生素子）
３・３０１・３０２・３０６・３０７    第２の位相変化発生素子（位相変化発生素子）
４・２０４・２０５・４０１            収差発生素子（第１の収差発生部）
４０２・４０６・４０７                収差発生素子（第１の収差発生部）
５・５０１・５０２・５０３・５０４・５０６・５０７        収差補正ユニット
７        第１の液晶素子（液晶素子）
８        第２の液晶素子（液晶素子）
９・９０７          第２の収差発生素子（第２の収差発生部）
２０ａ・３０ａ・２０５０ａ・２０６０ａ・３０６０ａ        ガラス基板
２０ｂ・３０ｂ・２０５０ｂ・２０６０ｂ・３０６０ｂ        ガラス基板
２１・３１・２０５１        高分子液晶材料（複屈折材料）
２２・３２・２０５２・２０６２・３０６２        充填剤（等方性材料）
５１        光源
５９        対物レンズ
６０        集光レンズ
７０        ＲＦ信号検出部
７１        偏光制御部
７２        偏光制御情報保持部
７３        収差制御部
７４        収差制御情報保持部
８０        制御部
１００      記録媒体
１００ｂ    第１の記録層（第１層）
１００ｄ    第２の記録層（第ｎ層）
２０３      第１の収差発生部
２０６１・３０６１        偏光ホログラムレンズ
７１７      液晶素子
７０７      液晶層
７０７０    ガラス基板
７０７１    電極パターン
Ｒ          光束
Ｐ          位相分布の形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2005135516.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2005135516.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2005135516.tif 000024
【図２３】
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